太阳能电池又登Science，再次创造历史！

钙钛矿太阳能电池（PSC）的改进侧重于提高其能量转换效率（PCE）和运行稳定性，并在升级到模块尺寸时保持高性能。实现能量转换效率>23%的金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）的努力集中在富甲脒碘化铅（FAPbI₃）配方，因为它们的带隙比甲铵基或混合卤化物钙钛更接近Shockley-Queisser的最佳。通过充分利用FAPBI₃的广泛吸收光谱，为介孔结构PSC获得了25.21%、短路电流密度（J_sc）>26 mA/cm²的认证PCE。然而，介孔-TiO₂（m-TiO₂）电子传输层（ETL）在紫外线（UV）光照下可能会表现出不必要的光催化效应，m-TiO₂的低电子流动性限制了电荷传输。

蔚山先进能源技术研究开发中心Dong Suk Kim和洛桑联邦理工学院Michael Grätzel（共同通讯作者）在Science上发表文章，Conformal quantum dot–SnO₂ layers as electron transporters for efficient perovskite solar cells。介孔二氧化钛通常用作钙钛矿太阳能电池中的电子传输层，但基于氧化锡（IV）量子点的电子传输层可能更有效，具有更好的对齐导带和更高的载流子流动性。

作者引入了一种PSC的ETL结构，该结构由紧凑型TiO₂（c-TiO₂）阻断层组成，覆盖着一层薄层聚丙烯酸（PAA）稳定的QD-SnO₂（paa-QD-SnO₂），以连续和共形的方式沉积在有纹理的FTO上。paa-QD-SnO₂@c-TiO₂的均匀双层膜在很大程度上改善了钙钛矿对阳光的吸收，并与钙钛矿薄膜形成了出色的电子选择性接触。量子尺寸效应将QD-SnO₂的带隙从3.6eV增加到~4 eV，并产生了相应的导带边缘能量向上移动。这种位移使其与钙钛矿的导带边缘很好地对齐，因此基于SnO₂的ETL的电子捕获以最小的能量损失进行。

PAA是一种聚合物粘合剂，添加到SnO₂ QD溶液中，将胶体QD-SnO₂牢固地连接到c-TiO₂表面，提供一个连续、薄和共形的SnO₂层，完全覆盖下面的c-TiO₂层。PAA的羧基与金属氧化物表面具有强氢键和共价键合，促进了层压过程，特别是大规模生产。

通过选择具有适当漫反射和透射率的FTO衬底，纹理paa-QD-SnO₂@c-TiO₂双层膜使PCE达到25.7%（认证为25.4%），J_sc为26.4 mA/cm²，相应的PSC具有高稳定性。作者进一步证明，paa-QD-SnO2@c-TiO₂双层可以应用于实现活动面积高达64 cm²的大型PSC模块，同时保持PCE>20%。

图文详情

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图1. ETLs的微结构

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图2. PSCs的表征

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图3. 大尺寸PSCs的性能

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图4. 使用不同ETLs的PSCs的稳定性

文献信息

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

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