【引言】

α-CsPbI3全無(wú)機(jī)鈣鈦礦具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，具有1.73 eV的帶隙，適于串聯(lián)太陽(yáng)電池。α-CsPbI3鈣鈦礦既可以與低禁帶鈣鈦礦相結(jié)合，也可以與硅相結(jié)合。然而α-CsPbI3鈣鈦礦是不穩(wěn)定的，在正常條件下會(huì)自發(fā)地向δ-CsPbI3相轉(zhuǎn)移。為了克服α-CsPbI3的不穩(wěn)定性，通常加入溴化離子來(lái)降低α-CsPbI3從δ相到α相的相變溫度。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池理想的電荷輸運(yùn)材料應(yīng)具有合適的能級(jí)、較高的載流子遷移率、足夠的導(dǎo)電性和良好的電荷提取能力。目前，電荷傳輸材料主要有有機(jī)材料，如Spiro OD、PTAA、PCBM和C60，還有金屬氧化物如氧化錫、二氧化鈦、氧化鋅和氧化鎳。與有機(jī)電荷傳輸材料相比，金屬氧化物顯示出比有機(jī)材料更好的穩(wěn)定性和場(chǎng)效應(yīng)遷移率。在這些金屬氧化物中，由于合適的能級(jí)，SnO2被證明是無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的有效電子轉(zhuǎn)移層。而氧化鋅在電子萃取過(guò)程中表現(xiàn)出較大的電子遷移率（205 cm2 v-1s-1），而氧化鋅的本征表面缺陷很容易導(dǎo)致電子與空穴的嚴(yán)重表面復(fù)合。此外，當(dāng)ZnO直接與鈣鈦礦晶體接觸時(shí)，由于ZnO表面上生成的氫氧化物構(gòu)成，鈣鈦礦晶體在熱處理過(guò)程中容易分解。因此，核殼ZnO@SnO2納米粒子結(jié)合了SnO2和ZnO的優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的電子輸運(yùn)層，其中殼SnO2為電子注入提供匹配的能級(jí)排列，核ZnO納米粒子提供高的電子遷移率。

【研究進(jìn)展】

近日，UCLA楊陽(yáng)教授、蘇州大學(xué)王照奎教授和中國(guó)石油大學(xué)李振興教授（共同通訊作者）在JACS上在線發(fā)表了一篇題目為“Core-Shell ZnO@SnO2 Nanoparticles for Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells”的文章。該研究采用簡(jiǎn)單易行的溶劑熱法制備了由核殼ZnO@SnO2納米粒子組成的新型電子輸運(yùn)材料，制備的無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的效率達(dá)到了14.35%。

【圖文簡(jiǎn)介】

圖1核殼ZnO@SnO2納米粒子的合成圖

圖2 核殼ZnO@SnO2納米粒子TEM表征

圖3核殼ZnO@SnO2納米粒子X(jué)RD,XPS,吸收光譜表征

圖4 核殼ZnO@SnO2納米粒子和SnO2的價(jià)帶和二次電子截止區(qū)

圖5 核殼ZnO@SnO2納米粒子和SnO2薄膜的SEM和AFM圖

圖6無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能表征

圖8 核殼ZnO@SnO2納米粒子薄膜器件和SnO2薄膜器件的TPC和TPV測(cè)試

【小結(jié)】

該研究設(shè)計(jì)了并合成了一種核殼ZnO@SnO2納米薄膜作為無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電子傳輸層。文章中采用簡(jiǎn)單易行的溶劑熱法制備了ZnO@SnO2核殼納米顆粒，粒徑為8.1nm，SnO2殼厚為3.4nm。與SnO2納米顆粒相比，這種新型的電子傳輸材料大大提高了無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率，可以使核心zno納米顆粒的能級(jí)與高電子遷移率很好地匹配。以核殼ZnO@SnO2納米粒子為電子輸運(yùn)層的CsPbI2Br太陽(yáng)電池的效率高達(dá)14.35%。初步結(jié)果表明，這些新型電子傳輸材料在高穩(wěn)定性、高效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中具有巨大的應(yīng)用潛力。

文獻(xiàn)鏈接：

Core-Shell ZnO@SnO2 Nanoparticles for Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells, 2019, JACS, DOI：10.1021/jacs.9b06796.

本文由金也供稿。