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氧化錫（SnO2）是鈣鈦礦太陽能電池中具有潛力的電子傳輸層材料，但其溶液法制備的薄膜通常存在易導(dǎo)致非輻射復(fù)合的固有缺陷，限制器件性能并阻礙商業(yè)化應(yīng)用。引入添加劑是降低電子傳輸層材料缺陷、提升載流子傳輸性能的有效策略。因此，深入理解其在埋底界面處的具體作用機(jī)制，對材料理性設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵作用。近日，中國科學(xué)院上海高等研究院研究團(tuán)隊(duì)等，將鄰苯二甲酸氫鉀（KHP）作為多功能添加劑引入SnO2電子傳輸層，以同步改變電子傳輸層材料性質(zhì)和SnO2/鈣鈦礦埋底界面。
研究發(fā)現(xiàn)，KHP中的羧基與氧化錫配位，有效抑制了缺陷態(tài)形成，優(yōu)化了能級排列，并提高了電導(dǎo)率和載流子傳輸能力。同時(shí)，KHP在電子傳輸層中均勻分布，并在熱退火過程中逐漸擴(kuò)散至埋底界面和鈣鈦礦層，進(jìn)一步與未配位的Pb2+離子配位，降低了鈣鈦礦表面及體相缺陷密度，緩解了薄膜內(nèi)部應(yīng)力。研究顯示，經(jīng)KHP改性后的鈣鈦礦器件的開路電壓和填充因子得到明顯提升，功率轉(zhuǎn)換效率從23.0%提高到25.7%（活性面積0.08 cm2），且器件熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性得到明顯增強(qiáng)。
該研究提出了簡單、低成本的摻雜策略，即通過協(xié)同抑制缺陷與提升載流子傳輸能力，制備出高性能鈣鈦礦太陽能電池，為鈣鈦礦光伏電子傳輸層的改性設(shè)計(jì)提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、上海市的支持。
(a) SnO2和SnO2- KHP膠體的DLS圖；(b) ITO/SnO2和SnO2- KHP /Ag結(jié)構(gòu)器件的暗態(tài)I-V特性曲線；(c-d)鈣鈦礦太陽能電池效率圖 |
太陽能光伏：
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