钽掺杂对低温制备氧化锡电子传输层的性能调控及其在钙钛矿太阳电池中的应用

【作者】 刘琪； 张欣； 孙正义； 詹义强；

【机构】 南京工业大学； 复旦大学；

【摘要】 氧化锡（SnO₂）因其优良的化学稳定性、较高的电子迁移率和可使用简单的低温制备工艺等优点,近年来获得了广泛的关注和迅速的发展。纯净SnO₂具有典型的绝缘体特性,当存在锡间隙或氧空位时显示出简并的n型半导体特性。因此,纯净SnO₂作为电子传输层导电性相对较低,这对钙钛矿电池短路电流和填充因子的提高是不利的。通常采用金属离子掺杂的方法调控SnO₂薄膜的光电性能。在本工作中,我们在低温化学浴沉积（CBD）制备SnO₂的工艺中引入了钽（Ta）离子,改善了SnO₂的导电性和其它物性。Ta的掺入为SnO₂晶格提供了额外的自由电子,I-V特性曲线和透射率测试证明了SnO₂的电导率和光透射率均有明显的增强。通过紫外-可见光吸收光谱（UV-Vis）、稳态荧光光谱（PL）、瞬态荧光光谱（TRPL）、电化学阻抗谱（EIS）等表征方法,我们发现基于Ta掺杂的SnO₂电子传输层,钙钛矿薄膜的光吸收能力得到了提升,荧光强度大大降低,平均荧光寿命从153.94ns降到65.54ns,证明了Ta掺杂有效地促进了电子的收集传输并抑制了界面处的电荷重组。通过对掺杂比例的优化,器件的最高能量转换效率达到了20.80%,开路电压V_oc为1.161 V,短路电流密度J_sc为22.79 mA/cm²,填充因子FF为0.786,滞回现象也有了明显改善。该研究为采用低温工艺制备高效钙钛矿太阳能电池提供了有效的电子传输层候选材料。更多还原