不同醇溶剂制备的SnO2 薄膜表面缺陷对聚合物太阳能电池电子传输的影响机制研究

研究人员针对SnO2 薄膜表面缺陷影响有机太阳能电池(OSC)效率的问题，通过对比乙醇、丁醇和异丙醇溶剂制备的薄膜，发现丁醇合成的SnO2 因缺陷浓度最低，可减少PTB7-TH:ITIC/SnO2 界面电子-空穴复合，显著提升器件电流-电压特性。该研究为优化电子传输层(ETL)提供了新思路。

　　

透明导电氧化物(TCO)作为现代电子器件的核心材料，其性能直接影响太阳能电池等设备的效率。其中二氧化锡(SnO₂
)因其4 eV的直接带隙和优异的光电特性备受关注，但制备过程中不可避免的表面缺陷——如氧空位和间隙锡原子——会形成电荷陷阱，严重制约其在有机太阳能电池(OSC)中作为电子传输层(ETL)的性能。更棘手的是，不同醇溶剂制备的SnO₂
薄膜缺陷浓度差异显著，但学界对此缺乏系统研究，特别是丁醇溶剂的应用几乎空白。

来自科学部科学技术委员会的研究团队在《Synthetic Metals》发表的研究，创新性地采用乙醇、丁醇和异丙醇三种不同沸点的醇溶剂，通过溶胶-凝胶法(sol-gel)制备SnO₂
薄膜，结合EDX能谱、拉曼光谱等技术，揭示了溶剂类型→表面缺陷→电子传输效率的调控机制。

关键技术方法
研究采用溶胶-凝胶法制备薄膜，通过控制离心速度（3000 rpm）和退火温度（500°C）优化工艺。利用扫描电镜(SEM)观察形貌，EDX分析化学计量比，紫外-可见光谱测定光学带隙，光致发光光谱和拉曼光谱鉴定缺陷类型，最后构建PTB7-TH:ITIC/SnO₂
异质结器件测试电流-电压特性。

研究结果

表面形貌
SEM显示丁醇制备的薄膜晶粒尺寸最大（约120 nm），乙醇样品则呈现多孔结构。这种差异源于溶剂沸点影响成膜过程中的蒸发速率，丁醇的高沸点（117°C）允许更充分的晶粒生长。

缺陷特征
拉曼光谱在632 cm^-1
处检测到氧空位特征峰，丁醇样品的峰强度最低，表明其缺陷浓度减少40%。光致发光光谱进一步证实三种缺陷发光中心，其中丁醇样品的缺陷相关发光强度降低62%。

光电性能
丁醇合成的SnO₂
具有最宽光学带隙（3.3 eV vs 乙醇的2.9 eV）和最低Urbach能量（48 meV），说明其结构有序度最高。在OSC器件中，该样品的电荷复合率降低35%，功率转换效率提升22%。

结论与意义
Zeinidenov Assylbek团队首次证实丁醇溶剂能有效抑制SnO₂
表面缺陷形成，其机理在于高沸点溶剂延缓结晶过程，促进氧空位修复。该发现不仅为ETL材料优化提供了"溶剂工程"新策略，更揭示了缺陷浓度与界面复合的定量关系，对开发高效稳定OSC具有指导价值。研究还开辟了丁醇溶剂在TCO制备中的应用先例，为气体传感器等器件研发提供了借鉴。