SnO₂纳米材料目前在n-i-p结构的太阳能电池中展现出较好的电子传输性能，这是由于其具有非常高的电学相关性质和可低温处理的特点。但是，这种材料的I-V性质和回滞作用和处理方法有较大的关系，说明对电子传输层的优化有较大的空间。Hagfeldt等通过SnCl₄·5H₂O制备SnO₂电子传输层，实现了电池效率高于20 %，并且对回滞作用实现了抑制作用，但是该制备SnO₂过程中需要水热处理过程（Energy Environ. Sci. 2016, 9, 3128.）。You等通过低温溶液相处理SnO₂传输层，电池效率接近20 %，同时抑制了电池中的回滞现象，但是该方法中电池的开路电压较低（Nat. Energy 2017, 2, 16177.）。目前对这些问题的理解还不完善。

       澳大利亚纽卡斯尔能源中心、华中科技大学的研究者首次通过设计电子传输层的结构，和两种文献中常见的SnO₂电子传输层，实现了对回滞现象和电池性质的理解，并实现了将效率提升为>20 %。这项研究给出了通过对电子传输层的设计，改善太阳能电池的稳定性、工作效率。作者发现，在使用SnCl₂·2H₂O作为前驱体溶液得到的致密层上构建SnO₂纳米粒子层形成双层SnO₂电子传输层。这种结构对能级结构上和钙钛矿层配合的更好，能够提高电子传输速度，降低钙钛矿的缺陷位点密度。基于此结构的太阳能电池展现了抑制回滞现象的作用，0.08 cm²的电池效率得以提升至20.3 %，开路电压为1.13 V；1 cm²的电池效率为18.5 %，开路电压为1.17 V。

工作要点：

（1）SnO₂传输层制备。制备了三种不同结构的SnO₂。S-SnO₂：旋涂溶解在乙醇中的SnCl₂·2H₂O，并在180 ℃煅烧60 min；C-SnO₂：将SnO₂纳米粒子的水溶液旋涂，并在150 ℃中煅烧30 min；B-SnO₂：将SnO₂纳米粒子旋涂在S-SnO₂层上。

（2）制备了结构为glass/FTO/SnO₂/perovskite/Spiro-OMeTAD/Au的太阳能电池。对三种不同SnO₂传输层的电池性能进行比较。B-SnO₂的电池回滞效应被很好的抑制，S-SnO₂的电池回滞效应最强。B-SnO₂、C-SnO₂、S-SnO₂的电池效率分别为20.3 %、19.8 %、20.0 %。荧光显示B-SnO₂结构有最好的荧光淬灭效果，C-SnO₂的结构荧光强度较高。荧光寿命显示，B-SnO₂结构的荧光寿命最低，C-SnO₂结构的荧光寿命较高。电池的长时间测试显示，C-SnO₂的电池效率保持较好，S-SnO₂的电池效率有较大程度降低。

参考文献

Liangyou Lin, Timothy W. Jones, Jacob Tse‐Wei Wang, Andre Cook, Ngoc Duy Pham, Noel W. Duffy, Blago Mihaylov, Mihaela Grigore, Kenrick F. Anderson, Benjamin C. Duck, Hongxia Wang, Jian Pu, Jian Li, Bo Chi*, Gregory J. Wilson*

Strategically Constructed Bilayer Tin (IV) Oxide as Electron Transport Layer Boosts Performance and Reduces Hysteresis in Perovskite Solar Cells

Small 2020, 16, 1901466. 

DOI: 10.1002/smll.201901466

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201901466