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背景介绍

钙钛矿太阳能电池由于其具有成本低、光学性能优良、载流子输运特性好、激子寿命长等优点，在短短数十年内，其光电转换效率从3.8%增长到25.5%，然而，目前电流的损失仍然阻碍了钙钛矿太阳能电池效率的进一步提高，而通过优化电荷传输层和钙钛矿层的质量来提高电荷传输和提取效率以及相应的电流密度是非常可取的。在n-i-p型钙钛矿太阳能电池中，电子传输层不仅可以传输和转移电子，而且影响着钙钛矿薄膜的结晶性。氧化锡 (SnO2) 是一种相对理想的电子传输材料，但由于其相对较差的电学性能（例如电子迁移率、缺陷、导电性、能级值等）引起的电荷传输和提取不良导致的电流损失是影响钙钛矿太阳能电池效率提升的原因之一，而化学掺杂已被广泛证明是改善金属氧化物电荷传输材料电学性能的可行且有效的方法，碱金属元素已被广泛用于掺杂金属氧化物电荷传输材料以改善其电性能，在改善金属氧化物电性能方面具有巨大潜力。此外，SnO2和钙钛矿层之间的界面对电子提取有着显着影响，除优化该界面处不匹配的能级排列以改善界面电荷提取之外，还需要有效钝化界面处的缺陷，以最大限度地减少界面非辐射复合损失。 

成果简介

重庆大学光电学院臧志刚教授&陈江照教授报告了一种通过离子扩散诱导的双层掺杂策略，实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池，将LiOH 直接添加到 SnO2 胶体分散溶液中。结果表明，少量的Li+离子留在SnO2中，而大量的Li+离子扩散到 SnO2/钙钛矿界面并进入钙钛矿层在其内部形成梯度浓度分布。Li+离子掺杂能提高钙钛矿和SnO2层的电学性能，这有助于促进载流子传输和提取。此外，掺杂后钙钛矿薄膜的结晶度和晶粒尺寸得到明显改善，有助于提高器件的环境稳定性。 

图文导读

图1 (a) perovskite/SnO2-LiOH/FTO/FTO的ToF-SIMS谱图。(b) SnO2和SnO2-LiOH薄膜的O 1s XPS 光谱。(c) SnO2和SnO2-LiOH 薄膜的 I–V 曲线图。(d) SnO2 和SnO2-LiOH的电子迁移率图。(e) Li+离子扩散示意图。

图2 沉积在 (a) SnO2和(b) SnO2-LiOH上的钙钛矿薄膜的俯视 SEM图。(c) FTO/SnO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Ag和(d)FTO/SnO2-LiOH/Perovskite /Spiro-OMeTAD/Ag的截面SEM图。(e) SnO2 和 (f) SnO2-LiOH钙钛矿薄膜的晶粒尺寸统计直方图。

图3 (a)钙钛矿薄膜的XRD图。(b)钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱图 (c)钙钛矿薄膜的TRMC光谱图。

图4 SnO2/perovskite 和 SnO2-LiOH/perovskite的(a) PL, (b) TRPL光谱图。(c) SnO2/perovskite和(d) SnO2-LiOH/perovskite的PL mapping图。(e) FTO/SnO2/perovskite/PCBM/Ag和 (f) FTO/ SnO2-LiOH /perovskite/PCBM/Ag结构的纯电子器件的暗态I–V曲线。

图5. (a) 器件的PCE统计直方图。(b) 基于SnO2和SnO2-LiOH的器件在反向和正向扫描下的J-V曲线图。(c)器件的IPCE和对应的积分Jsc。(d)PSCs的MPP图。

图6 (a) 基于SnO2和SnO2-LiOH器件的Mott-Schottky分析。(b) 基于SnO2和SnO2-LiOH器件的TPC图。(c) 基于SnO2和SnO2-LiOH器件的TPV图。(d) 基于SnO2和SnO2-LiOH器件的Voc值随光强度变化的函数。(e) 基于SnO2和SnO2-LiOH器件的暗态J–V曲线图。(f) 基于SnO2和SnO2-LiOH器件的Nyquist图。

图7 PSC在室温~30%RH下的长期环境稳定性图。

文章信息

Qixin Zhuang, Huaxin Wang, Cong Zhang, Cheng Gong, Haiyun Li, Jiangzhao Chen* & Zhigang Zang*. Ion diffusion-induced double layer doping toward stable and efficient perovskite solar cells. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-022-4135-7.

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