【儀表網 研發快訊】氧化錫(SnO2)是鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)中極具潛力的電子傳輸層(ETL)材料，但其溶液法制備的薄膜常存在固有缺陷，易導致非輻射復合，限制器件性能并阻礙商業化應用。引入添加劑是降低ETL缺陷、提升載流子傳輸性能的有效策略，而深入理解其在埋底界面處的具體作用機制，對材料理性設計尤為關鍵。
近日，中國科學院上海高等研究院光源科學中心研究人員成功將鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)作為多功能添加劑引入SnO2電子傳輸層，以同步改變ETL性質和SnO2/鈣鈦礦埋底界面。相關研究成果以 “Passivation Engineering at Buried Interface Enables Efficient and Stable Perovskite Solar Cells” 為題，發表在期刊 Chemical Engineering Journal 上。
研究發現，KHP中的羧基與SnO2配位，有效抑制了缺陷態的形成，優化了能級排列，并提高了電導率和載流子傳輸能力。此外，KHP在ETL中均勻分布，并在熱退火過程中逐漸擴散至埋底界面和鈣鈦礦層，進一步與未配位的Pb²?離子配位，降低鈣鈦礦的表面及體相缺陷密度，緩解薄膜內部應力。經KHP改性后的鈣鈦礦器件的開路電壓(VOC)和填充因子(FF)得到顯著提升，功率轉換效率(PCE)從23.0%提高到25.7%(活性面積0.08 cm2)，同時器件的熱穩定性和光穩定性得到顯著增強。
圖1 (a) SnO2和SnO2- KHP膠體的DLS圖；(b) ITO/SnO2和SnO2- KHP /Ag結構器件的暗態I-V特性曲線；(c-d)鈣鈦礦太陽能電池效率圖。
本研究提出了一種簡單、低成本的摻雜策略，通過協同抑制缺陷與提升載流子傳輸能力，成功制備出高性能鈣鈦礦太陽能電池。該策略為鈣鈦礦光伏ETL的改性設計提供了新思路。本研究的第一作者是上海應用物理研究所博士生梁振燁，通訊作者為復旦大學楊迎國教授、中國科學院上海高等研究院田晨工程師、冀曉霏助理研究員與李麗娜研究員。該工作得到了中國科學院上海高等研究院二氧化碳光子科學建制化研究中心、國家自然科學基金、上海市科技創新行動計劃、上海市自然科學基金、中國科學院中央級科研事業單位改善科研條件專項-科研裝備項目以及上海市市級科技重大專項的資助。
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