目前钙钛矿太阳能电池主要包含两种结构：平板型结构和介孔型结构。其中平板型太阳能电池的优势在于：制备过程简单并无需高温烧结过程，通过溶液制备，适合大规模工业化生产。电子传输层（electron transport layer, ETL）的能带结构和导电性是限制平板太阳能电池（planar perovskite solar cells）工作效率的重要因素。

       SnO₂是比较新型的电子传输层材料，其透光率较高（> 85 %），载流子传输速度较高（240 cm²/(V·s)），能带结构较宽（3.6~4.0 eV）。SnO₂通过温和条件合成，但是导带位置偏低、有限的载流子导致其作为电子传输层有所缺陷。Nb-SnO₂电子传输层被发展，并展现接近20 %的电池效率，并且没有特别明显的回滞现象（Nat. Energy 2017, 2, 1.；ACS Energy Lett. 2018, 3, 773.）。Liu等通过在SnO₂修饰乙二胺四乙酸，实现了缓解电荷在界面上的聚集和抑制回滞作用（Nat. Commun. 2018, 9, 3239）。此外，有研究者对SnO₂进行Li，Mg，Cl等掺杂，实现了提升太阳能电池工作效率作用。

        因此，武汉理工大学余家国、香港教育大学Ho Wingkei等合作发表了一种Zr/F双离子掺杂的SnO₂材料作为电子传输层。其中的Zr掺杂提高了SnO₂的导带能级位置，降低了抽取电子需要的能量，并对界面电荷复合有显著的抑制。电池的开路电压得以提高，Zr/F共掺杂的SnO₂用于钙钛矿电子传输层后，电池的效率达到了19.19 %（对比电池的工作效率17.35 %），缓解了电池的回滞效应。

本文要点：

（1）在室温条件合成了Zr/F共掺杂的SnO₂材料。通过掺杂作用，改善了SnO₂的能带结构，并在电池中构建了比较强的内电场，提升了载流子在电池中的分离。通过室温条件水解氧化反应合成SnO₂量子点材料。在合成中加入不同量ZrF₄实现了Zr/F共掺杂。

         XRD测试显示掺杂了Zr/F的SnO₂的结晶性降低了。

         XPS测试对SnO₂界面进行表征，O的XPS说明了Sn-O-Zr化学键的存在。

         通过UV-VIS和UPS对Zr/F-SnO₂进行表征，发现Zr/F-SnO₂的能带提高0.03 eV至4.07 eV，Zr/F-SnO₂的费米能级由SnO₂的-4.29 eV提升为-4.18 eV，价带位置从SnO₂的-8.19 eV提高到-8.09 eV。

         通过瞬态荧光光谱（TRPL）进行了测试。通过480 nm的光进行激发，发现荧光强度降低，证明了辐射复合过程明显衰减，通过计算获得荧光寿命由36.5 ns降低为24.8 ns。Zr/F-SnO₂的导电性由6.7×10⁻³ mS/cm提高到8.9×10⁻³ mS/cm。

（2）电池工作测试，电流密度由23.06 mA/cm²提高为24.39 mA/cm²，开路电压由1.089 V提高为1.105 V，电池效率最高值达到19.19 %。

参考文献

Jiawu Tian; Jianjun Zhang; Xiaohe Li; Bei Cheng; Jiaguo Yu*; Wingkei Ho*

Low‐Temperature‐Processed Zr/F Co‐Doped SnO₂ Electron Transport Layer for High‐Efficiency Planar Perovskite Solar Cells

Sol. RRL. DOI: 10.1002/solr.202000090

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202000090