金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），是一種新興的光伏技術，有可能顛覆成熟的矽太陽能電池市場。在過去的幾年中，由於製造規程、化學成分和相位穩定方法的發展，器件效能有了很大的改善，使PSCs成為最高效和低成本的可處理解決方案光伏技術之一。然而，這些器件的光收集效能，仍然受到過多載流子複合的限制。儘管付出了很多努力，但效能最好的PSCs的效能，還是受到了相對較低的填充因子和較高的開路電壓缺陷的限制。電荷載流子管理的改進與填充因子和開路電壓密切相關，從而為提高PSCs的器件效能，並達到其理論效率極限，提供了一條途徑。
近日，來自美國麻省理工學院的Moungi G。 Bawendi& 韓國化學技術研究所的Seong Sik Shin和JangwonSeo等研究者，報告了一種透過增強電荷載流子管理，來提高PSCs效能的完整方法。相關論文以題為“Efficient perovskite solar cells via improved carrier management”發表在Nature上。
與此同時，該論文登上了當期封面。
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基於SnO2的電子傳遞層（ETLs）提供了良好的帶對齊，同時可在低溫下處理。在各種沉積方法中，以奈米SnO2為基礎的ETLs，表現出了最好的效能。然而，基於奈米SnO2的PSCs，表現出較低的電致發光外量子效率（EQE）值，因此，與基於TiO2的PSCs相比，儘管努力消除了非輻射覆合途徑，但開路電壓（VOC）缺陷（定義為輻射VOC限值減去高VOC）更高。光電器件的電致發光係數，是透過測量正向偏壓下的發光效率來確定的，它直接測量載流子複合的輻射效率。電致發光EQE可以透過互易定理，來量化對VOC虧缺的非輻射貢獻，是太陽能電池表徵的有用度量。
因此，開發最小化ETL/鈣鈦礦介面上的光電壓損失，從而最小化VOC虧損的策略至關重要，這鼓勵研究者尋找一種不同的沉積方法，來開發SnO2ETLs的全部潛力。透過沒有針孔的完整和保形覆蓋，理想的帶對齊可以有效地提取電子，同時阻塞空穴的迴轉移，低缺陷密度來防止有害的介面重組，並將足夠薄來促進有效的電荷提取，從而獲得具有較高的光電電壓和填充係數理想的SnO2ETL。
在此，研究者首先報告了一種簡單的方法，透過化學鍍液沉積來化學調整SnO2ETL的物理和電子效能。化學鍍液沉積透過沉積緻密的共形層，使底層襯底得到均勻和完全的覆蓋。然而，由於對氧化錫化學浴沉積過程中複雜的化學反應缺乏瞭解，阻礙了高效PSCs的製備。
首先，研究者透過調節化學鍍液沉積的二氧化錫（SnO2），得到了一個理想的薄膜覆蓋、厚度和組成的電子傳遞層。其次，研究者將塊和介面之間的鈍化策略解耦，從而改善效能，同時最小化帶隙損失。在正向偏壓中，器件表現出高達17。2%的電致發光外量子效率，和高達21。6%的電致發光能量轉換效率。作為太陽能電池，它們獲得25。2%的經認證的能量轉換效率，相當於其帶隙熱力學極限的80。5%。（文：水生）
圖1 FTO表面氧化錫膜的合成與表徵。
圖2 基於不同SnO2ETLs的PSCs太陽能電池效能研究。
圖3 MAPbBr3新增量不同的鈣鈦礦薄膜的表徵。
圖4 0。8 mol% MAPbBr3的PSCs器件結果最佳。
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