JACS：核殼ZnO@SnO2納米粒子應用于高效無機鈣鈦礦太陽電池

JACS：核殼ZnO@SnO2納米粒子應用于高效無機鈣鈦礦太陽電池

【引言】

α-CsPbI₃全無機鈣鈦礦具有優異的熱穩定性，具有1.73 eV的帶隙，適于串聯太陽電池。α-CsPbI₃鈣鈦礦既可以與低禁帶鈣鈦礦相結合，也可以與硅相結合。然而α-CsPbI₃鈣鈦礦是不穩定的，在正常條件下會自發地向δ-CsPbI₃相轉移。為了克服α-CsPbI₃的不穩定性，通常加入溴化離子來降低α-CsPbI₃從δ相到α相的相變溫度。

鈣鈦礦太陽能電池理想的電荷輸運材料應具有合適的能級、較高的載流子遷移率、足夠的導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材料，如Spiro OMeTAD、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。與有機電荷傳輸材料相比，金屬氧化物顯示出比有機材料更好的穩定性和場效應遷移率。在這些金屬氧化物中，由于合適的能級，SnO₂被證明是無機鈣鈦礦太陽能電池中的有效電子轉移層。而氧化鋅在電子萃取過程中表現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致電子與空穴的嚴重表面復合。此外，當ZnO直接與鈣鈦礦晶體接觸時，由于ZnO表面上生成的氫氧化物構成，鈣鈦礦晶體在熱處理過程中容易分解。因此，核殼zno@sno2納米粒子結合了SnO₂和ZnO的優點，是一種理想的電子輸運層，其中殼SnO₂為電子注入提供匹配的能級排列，核ZnO納米粒子提供高的電子遷移率。

【研究進展】

近日，UCLA楊陽教授、蘇州大學王照奎教授和中國石油大學李振興教授（共同通訊作者）在JACS上在線發表了一篇題目為“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材料，制備的無機鈣鈦礦太陽電池的效率達到了14.35%。

【圖文簡介】

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XRD,XPS,吸收光譜表征

圖4 核殼ZnO@SnO₂納米粒子和SnO₂的價帶和二次電子截止區

圖5 核殼ZnO@SnO₂納米粒子和SnO₂薄膜的SEM和AFM圖

圖6無機鈣鈦礦太陽電池的器件結構示意圖

圖7 無機鈣鈦礦太陽電池性能表征

圖8 核殼ZnO@SnO₂納米粒子薄膜器件和SnO₂薄膜器件的TPC和TPV測試

【小結】

該研究設計了并合成了一種核殼ZnO@SnO2納米薄膜作為無機鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層。文章中采用簡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機鈣鈦礦太陽能電池的效率，可以使核心zno納米顆粒的能級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層的CsPbI₂Br太陽電池的效率高達14.35%。初步結果表明，這些新型電子傳輸材料在高穩定性、高效率的鈣鈦礦太陽能電池中具有巨大的應用潛力。

文獻鏈接：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。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱：tougao@cailiaoren.com

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu