中國人民大學張建平、慕成教授和林智超博士等將透明導電基底FTO的F元素和ITO的In元素相結(jié)合，采用InF3修飾SnO2電子傳輸層（electron transport layer，ETL），從而提高了鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells，PSCs）的光吸收和利用效率、優(yōu)化了ETL層的能級、增強了界面電荷提取、抑制了界面電荷復合，進而使器件開路電壓（open-circuit voltage，Voc）和填充因子（fill factor，F(xiàn)F）得到了顯著提高。InF3修飾PSC器件的光電轉(zhuǎn)換效率（photoelectric conversion efficiency，PCE）達到21.39%，顯著高于未經(jīng)修飾的情況（19.62%）。
圖1. 采用FTO的氟和ITO的銦共同修飾SnO2 ETL。 積極開展清潔、可再生能源的相關(guān)科學研究，是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。鈣鈦礦太陽能電池具有生產(chǎn)成本低、制備工藝簡單、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，在過去10年時間，其PCE從3.8％快速提升至25.5％，成為最具潛力的新型光伏器件。在PSC中，ETL發(fā)揮著不可或缺的作用，其作用是傳輸電子，并對空穴進行阻擋。在正置結(jié)構(gòu)的PSC中，ETL作為鈣鈦礦薄膜的生長基底，對其形貌和結(jié)晶度起著至關(guān)重要的影響。通過對ETL進行修飾，可以改善鈣鈦礦薄膜的形貌，進而提高PSC性能。 圖2. InF3修飾SnO2 ETL以促進界面處電荷轉(zhuǎn)移，并優(yōu)化能級排列。 這項工作使用了InF3對SnO2 ETL進行修飾，改善了ETL與鈣鈦礦層之間的界面接觸，提高了鈣鈦礦薄膜的形貌和結(jié)晶度，同時增強了載流子遷移率，并顯著抑制了電荷載流子復合。 圖3. 沉積在（a）未修飾SnO2 和（b）InF3-SnO2 ETL上的鈣鈦礦薄膜的SEM圖像。基于（c）未修飾SnO2 和（d）InF3-SnO2 ETL的器件的橫截面SEM圖像。 與未經(jīng)修飾的PSCs相比，經(jīng)過InF3修飾的器件的PCE得到了顯著提升。其開路電壓（Voc）接近1.150 V，填充因子（FF）高達0.807，最佳PCE值達到21.39%。 圖4. InF3修飾前后器件的J-V和EQE性能測試。 綜上，這項工作為鈣鈦礦太陽能電池制備提供了一種簡單有效的策略。采用InF3修飾SnO2 ETL有助于優(yōu)化能級排列，改善光吸收和利用，增強界面載流子提取，抑制界面載流子復合，從而提升電池器件的整體性能。 論文信息： Electron Transport Assisted by Transparent Conductive Oxide Elements in Perovskite Solar Cells Dr. Wenqi Zhang, Dr. Zhichao Lin, Dr. Qingbin Cai, Dr. Xiangning Xu, Hongye Dong, Prof. Cheng Mu, and Prof. Jian-Ping Zhang 文章第一作者為博士研究生張文琪 ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202102002
