用于改善CsPbBr3钙钛矿太阳能电池界面性能的SnO2/Mg掺杂SnO2双层电子传输层(ETL)

《Solar Energy》：SnO 2/Mg-Doped SnO 2 bilayer ETL layer for improving interfacial performance in CsPbBr 3 perovskite solar cells

　　

一层超薄Mg掺杂SnO₂层重构了电子传输层(ETL)表面。
SnO₂/Mg掺杂SnO₂双层结构调控了ETL/CsPbBr₃界面。
改善的形貌和电荷传输提升了器件性能。
优化器件实现了8.74%的功率转换效率(PCE)和50天后90.69%的效率保持率。

论文解读：SnO₂/Mg掺杂SnO₂双层电子传输层提升CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池界面性能

随着全球能源需求增长和可持续发展要求，光伏技术成为清洁能源转换的重要方向。有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)的效率从2009年的3.8%快速提升至超过26%。其中，全无机CsPbBr₃钙钛矿因优异的热稳定性和相对简单的制备工艺，成为稳定型钙钛矿光伏的重要候选材料。然而，其效率、重复性和长期稳定性仍难以同时兼顾。电子传输层(ETL)在平面PSC中至关重要，它直接影响电子提取、载流子复合、界面能级排列以及上层钙钛矿薄膜的成核与生长。溶液法加工的单层ETL存在表面覆盖不完全、局部裂纹与坑洞、界面缺陷以及与钙钛矿层接触不均匀等问题，在无空穴传输层(HTL)的碳基CsPbBr₃器件中尤为突出。尽管双层ETL结构有潜力，但不同材料间的异质结可能引入晶格失配或工艺复杂性。前期研究表明Mg掺杂可改善SnO₂的电子性能，但仅优化单层SnO₂的内在性质不足以彻底解决覆盖不全和界面不均的问题。因此，研究人员提出一种基于同种材料体系的平面SnO₂/Mg掺杂SnO₂同质结双层ETL，旨在同时实现表面重构和界面调控。

本研究在溶液法SnO₂ ETL上旋涂了一层超薄Mg掺杂SnO₂覆盖层，构建了平面同质结双层ETL，并用于无HTL碳基CsPbBr₃太阳能电池。实验结果表明，该双层结构能有效重构ETL表面，提高覆盖率和均匀性，降低粗糙度，增强前驱体浸润性，从而促进高质量CsPbBr₃薄膜的生长。同时，优化后的器件实现了电荷提取增强和非辐射复合抑制。最终，最佳器件获得了8.74%的功率转换效率(PCE)，开路电压为1.520 V，无封装存储50天后仍保留初始效率的90.69%。该成果发表于《Solar Energy》期刊，其意义在于展示了一种结构兼容的界面调控策略，而非追求创纪录的效率。

主要技术方法包括：采用溶胶-凝胶旋涂法制备SnO₂和含3.0 mol% MgCl₂的Mg掺杂SnO₂前驱体溶液；在ITO基底上依次旋涂SnO₂底层和Mg掺杂SnO₂顶层，顶层转速设为3500–5000 rpm，对应样品S1–S4；随后以多步旋涂工艺沉积PbBr₂和CsBr前驱体并退火形成