Advanced Materials综述: SnO2 n-i-p钙钛矿太阳能电池研究进展

一、【导读】

钙钛矿型太阳能电池是利用钙钛矿型有机金属卤化物半导体作为吸光材料，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。具有优异的性能、低成本、能够带来巨大的经济价值和社会效益。其工作原理主要如下：当接收到太阳光照射时，钙钛矿层通过吸收光子导致电荷分离，产生电子-空穴对。由于钙钛矿材料激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被ITO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集，当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低。最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。

在钙钛矿器件的设计中，n-i-p构型被认为是常规的器件结构类型n-i-p设备堆栈通常由一个透明的导电氧化物（TCO）、致密和/或介孔n型电子传输层（ETL）、钙钛矿吸收层、p型空穴传输层（HTL）、背接触电极以及其他的一些附件构成，以便实现更好的性能。而SnO₂在n型电子传输层方面展示出巨大的应用前景，具有能带宽，良好的传输能力及电磁迁移能力以及低温可加工性等特点。

二、【成果掠影】

Kai Zhu研究小组综述了高效氧化锡的研究进展以及在钙钛矿太阳能电池的应用前景，重点是n-i-p型器件构型。帮助其了解基于SnO₂在PSC领域中的研究现状，作者首先概述了导致记录基于SnO₂的PCE关键方法以及近年来SnO₂沉积方法的发展历程。其次，系统性的论述了与SnO₂相关的化学及物理性能，包括缺陷、固有特性等以及对器件的影响特点。而后，作者着重讨论了与SnO₂开发和应用相关的问题和挑战，SnO₂/钙钛矿界面优化，以及为解决这些问题而开发的各种策略。 此外，作者还重点介绍了一些与可扩展流程和对工业有吸引力的灵活设备。并指出高效、稳定、可打印、大规模钙钛矿太阳能电池的未来发展趋势。

该综述以“Advances in SnO₂ for Efficient and Stable n-i-p Perovskite Solar Cells”为题发表在Advanced Materials上。

三【数据概览】

图一  SnO2发展趋势

图二 SnO₂的物化性能

图三 SnO_2/钙钛矿界面设计

文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110438

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