钙钛矿今日Nature:增强电荷载流子管理，实现高效钙钛矿太阳能电池

CYM 3年前 (2021-02-25) 4679浏览

【引言】

众所周知，金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）是一种新兴的光伏技术，具有打破成熟的硅太阳能电池市场的潜力。在过去的几年里，由于制备方式，化学组成和相位稳定方法的发展，器件性能有了很大的提高，使PSCs成为最有效和低成本的光伏技术之一。但是，这些器件的捕光性能仍然受到过多电荷载流子复合的限制。尽管付出了很多努力，但最佳的PSCs的性能还是受到相对较低的填充因子和高开路电压缺陷的限制。电荷载流子管理的改善与填充因子和开路电压密切相关，因此为提高PSCs的器件性能并达到其理论效率极限提供了一条途径。其中，基于SnO₂的电子输运层（ETLs）提供了有利的能带对齐，同时能在低温处加工。同时，在各种沉积方法中，基于SnO₂纳米颗粒的ETLs表现出了迄今为止最好的性能。但是，基于SnO₂纳米粒子的PSCs表现出相对较低的电致发光外部量子效率（EQE）。通过测量正向偏置下的发光效率确定的光伏器件的电致发光EQE是载流子复合辐射效率的直接度量。因此，至关重要的是开发出使ETLs/钙钛矿界面处的光电压损失最小化的策略，使V_OC最小化缺陷，从而研究者寻求另一种可以充分发挥SnO₂ ETL潜力的沉积方法。

鉴于此，麻省理工学院Moungi G. Bawendi，韩国化学技术研究所Jangwon Seo和Seong Sik Shin（通讯作者）报告了一种通过增强电荷载流子管理来提高PSCs性能的整体方法。首先，通过调整二氧化锡（SnO₂）的化学浴沉积来开发具有理想膜覆盖率，厚度和成分的电子传输层。其次，将钝化策略在本体和界面之间解耦，从而改善了性能，同时使带隙损失最小。研究表明，化学浴沉积过程中的Sn中间物在最终SnO₂的质量和特性中起着至关重要的作用层。更具体地讲，各种Sn中间物质的形成取决于Sn²⁺前驱体（SnCl₂）的分解途径，这取决于反应溶液的pH。在正向偏置中，本文的器件显示出高达17.2％的电致发光外量子效率和高达21.6％的电致发光能量转换效率。作为太阳能电池，它们可实现25.2％的认证功率转换效率，相当于其带隙热力学极限的80.5％。相关研究成果以“Efficient perovskite solar cells via improved carrier management”为题发表在Nature上。