氧化锡(SnO2)是钙钛矿太阳能电池中具有潜力的电子传输层材料,但其溶液法制备的薄膜通常存在易导致非辐射复合的固有缺陷,限制器件性能并阻碍商业化应用。引入添加剂是降低电子传输层材料缺陷、提升载流子传输性能的有效策略。因此,深入理解其在埋底界面处的具体作用机制,对材料理性设计具有关键作用。近日,中国科学院上海高等研究院研究团队等,将邻苯二甲酸氢钾(KHP)作为多功能添加剂引入SnO2电子传输层,以同步改变电子传输层材料性质和SnO2/钙钛矿埋底界面。
研究发现,KHP中的羧基与氧化锡配位,有效抑制了缺陷态形成,优化了能级排列,并提高了电导率和载流子传输能力。同时,KHP在电子传输层中均匀分布,并在热退火过程中逐渐扩散至埋底界面和钙钛矿层,进一步与未配位的Pb2+离子配位,降低了钙钛矿表面及体相缺陷密度,缓解了薄膜内部应力。研究显示,经KHP改性后的钙钛矿器件的开路电压和填充因子得到明显提升,功率转换效率从23.0%提高到25.7%(活性面积0.08 cm2),且器件热稳定性和光稳定性得到明显增强。
该研究提出了简单、低成本的掺杂策略,即通过协同抑制缺陷与提升载流子传输能力,制备出高性能钙钛矿太阳能电池,为钙钛矿光伏电子传输层的改性设计提供了新思路。
相关研究成果发表在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院、上海市的支持。
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(a) SnO2和SnO2- KHP胶体的DLS图;(b) ITO/SnO2和SnO2- KHP /Ag结构器件的暗态I-V特性曲线;(c-d)钙钛矿太阳能电池效率图
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