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鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的改進側重于提高其能量轉換效率（PCE）和運行穩定性，并在升級到模塊尺寸時保持高性能。實現能量轉換效率>23%的金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的努力集中在富甲脒碘化鉛（FAPbI₃）配方，因為它們的帶隙比甲銨基或混合鹵化物鈣鈦更接近Shockley-Queisser的最佳。通過充分利用FAPBI₃的廣泛吸收光譜，為介孔結構PSC獲得了25.21%、短路電流密度（J_sc）>26 mA/cm²的認證PCE。然而，介孔-TiO₂（m-TiO₂）電子傳輸層（ETL）在紫外線（UV）光照下可能會表現出不必要的光催化效應，m-TiO₂的低電子流動性限制了電荷傳輸。

蔚山先進能源技術研究開發中心Dong Suk Kim和洛桑聯邦理工學院Michael Gr?tzel（共同通訊作者）在Science上發表文章，Conformal quantum dot–SnO₂ layers as electron transporters for efficient perovskite solar cells。介孔二氧化鈦通常用作鈣鈦礦太陽能電池中的電子傳輸層，但基于氧化錫（IV）量子點的電子傳輸層可能更有效，具有更好的對齊導帶和更高的載流子流動性。

作者引入了一種PSC的ETL結構，該結構由緊湊型TiO₂（c-TiO₂）阻斷層組成，覆蓋著一層薄層聚丙烯酸（PAA）穩定的QD-SnO₂（paa-QD-SnO₂），以連續和共形的方式沉積在有紋理的FTO上。paa-QD-SnO₂@c-TiO₂的均勻雙層膜在很大程度上改善了鈣鈦礦對陽光的吸收，并與鈣鈦礦薄膜形成了出色的電子選擇性接觸。量子尺寸效應將QD-SnO₂的帶隙從3.6eV增加到~4 eV，并產生了相應的導帶邊緣能量向上移動。這種位移使其與鈣鈦礦的導帶邊緣很好地對齊，因此基于SnO₂的ETL的電子捕獲以最小的能量損失進行。

PAA是一種聚合物粘合劑，添加到SnO₂ QD溶液中，將膠體QD-SnO₂牢固地連接到c-TiO₂表面，提供一個連續、薄和共形的SnO₂層，完全覆蓋下面的c-TiO₂層。PAA的羧基與金屬氧化物表面具有強氫鍵和共價鍵合，促進了層壓過程，特別是大規模生產。

通過選擇具有適當漫反射和透射率的FTO襯底，紋理paa-QD-SnO₂@c-TiO₂雙層膜使PCE達到25.7%（認證為25.4%），J_sc為26.4 mA/cm²，相應的PSC具有高穩定性。作者進一步證明，paa-QD-SnO2@c-TiO₂雙層可以應用于實現活動面積高達64 cm²的大型PSC模塊，同時保持PCE>20%。

圖文詳情

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圖1. ETLs的微結構

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圖2. PSCs的表征

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圖3. 大尺寸PSCs的性能

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圖4. 使用不同ETLs的PSCs的穩定性

文獻信息

Kimet al., Conformal quantum dot–SnO2layers as electrontransporters for efficient perovskite solar cells. Science375, 302–306 (2022)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh1885

原創文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/f29bb0bd62/

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