長庚大學：實現高性能鈣鈦礦光伏發電，平均效率19.87%

導讀：本文通過在TiO2層中充分摻雜鋅，可以獲得優化的器件性能，平均功率轉換效率為19.87%。在常溫下貯存3000h後，其效率可保持在原來的80%以上。提出了一種利用低溫工藝提供高效鈣鈦礦型太陽能電池的方法。

鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）已成為最有前途的可再生能源轉換器件之一。然而，為了達到足夠高的功率轉換效率（PCE），PSCs通常需要高溫燒結工藝來製備作為高效電子傳輸層（ETL）TiO2，這使得PSCs在未來無法商業化。

來自中國臺灣省長庚大學的研究人員研究了二氧化鈦納米晶的低溫合成，並介紹了一種雙流體噴塗工藝來製備納米結構的ETL，用於隨後的鈣鈦礦層沉積。整個沉積過程中的溫度可保持在150°C以下。與典型的平面TiO2層相比，在納米結構TiO2層上製備的鈣鈦礦層顯示出均勻的緻密性、擇優取向和高結晶度，從而實現可重複和有前景的器件性能。相關論文以題目為「Achieving High-Performance Perovskite Photovoltaic by Morphology Engineering of Low-Temperature Processed Zn-Doped TiO2 Electron Transport Layer」發表在Small 期刊上。

論文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202002201

能源危機使得發展可再生能源具有必要性，這為太陽能電池領域帶來了機遇。太陽能是太陽能電池獲取和解決能源問題的巨大能源。鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）由於其優異的光電性能和經濟的成本而具有潛在的發展潛力。因此，近年來它已成為一個研究熱點。目前，PSC在2019年實現了創紀錄的25.2%的高功率轉換效率（PCE）。根據選擇性載流子接觸的順序，PSCs可分為兩大類：n-i-p和p-i-n結構。n-i-p結構為電子傳輸層（ETL）/吸收層/空穴傳輸層（HTL），p-i-n結構的結構順序相反。與p-i-n結構相比，n-i-p結構具有許多加工優勢，如耐潮溼，可以有效地防止PSCs的降解，延長PSCs的使用壽命。

N型材料（例如，TiO2、ZnO、SnO2）作為ETL適用於PSCs，因為它們與鈣鈦礦吸收邊的頻帶對齊。例如，介孔TiO2作為ETL已經取得了令人印象深刻的電池效率。介孔支架具有較短的載流子輸運距離。因此，可以大大提高ETL的萃取效率。然而，這種結構的高結晶度依賴於高溫燒結（450-550℃），限制了柔性PSC的發展，進一步阻礙了這種器件的大規模應用。尋求一種替代工藝（即低溫工藝）來降低製造過程中所需的能量是勢在必行的。(文：愛新覺羅星)

圖1。SEM圖像（上半部分）和AFM地形圖（下半部分）顯示了不同策略沉積的LT-TiO2薄膜的結構。通過a）旋塗、噴塗，載氣流速b）10 LPM（升/分鐘），c）5 LPM，或d）2 LPM。

圖2。a、d）分別在旋塗或噴塗LT-TiO2 NCs上製備的鈣鈦礦層的SEM圖像，b，e）接觸角測量，以及c，f）GIWAXS 2D圖案。g）在qz方向的GIWAXS二維圖案的線切割。h）（110）晶面上GIWAXS二維圖形的方位圖。

圖3。基於a）旋轉LT-TiO2和b）以ETL形式噴塗LT-TiO2的器件的面積相關統計性能。c）1.00 cm2裝置在不同點探測的效率。

圖4。a）裝置結構示意圖。b）器件的掃描電鏡橫截面。c）從最高記錄器件中獲得的J-V特性和關鍵參數。d）在0.99V下工作時，冠軍器件的電流密度和效率輸出。e）基於非摻雜LT-TiO2和Zn:LT-TiO2器件的統計效率分布。f）基於非摻雜LT-TiO2和Zn:LT-TiO2的器件在環境條件下的穩定性測試。

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