SnO2的带隙为3.6 eV，迁移率为240 cm2 /(V？s)，作为钙钛矿太阳能电池（PSC）的电子传输层，与传统TiO2相比，有极小的光催化和回滞问题，低温制备效率同样出色。然而，低温处理的SnO2是一种本征绝缘材料，器件性能对SnO2层的厚度很敏感。高性能SnO2基底的PSC需要SnO2层低于30nm才能实现快速电荷转移。常用的旋涂技术制备这种薄而致密的薄膜具有极大挑战性。由于溶液中纳米颗粒的团聚问题，所得SnO2薄膜通常在大面积上具有针孔和不均匀性。此外，SnO2膜对钙钛矿前体溶液的润湿性差，往往需要如plasma、UV/O3等预处理手段修饰界面。鉴于此，北京邮电大学魏静博士、埃尔朗根-纽伦堡大学赵怡程博士、北京大学徐东升教授及其博士研究生郭枫晚等人就SnO2层界面调控及相关机理等方面作了深入研究，并取得进展。 
　　成果简介 
　　通过选择水溶性聚合物(聚乙二醇(PEG))溶解到SnO2纳米晶胶体水溶液中，发现PEG分子链能够有效抑制SnO2纳米颗粒团聚，并能显著改善SnO2薄膜的致密性和浸润性。据此，作者提出了一种简单、低成本的方法，将PEG掺入SnO2溶液中，制备出高质量的电子传输层。由于改善了SnO2溶液的分散性，SPM薄膜致密且均匀，具有低于20nm的超薄厚度。由于聚合物改性薄膜的优异润湿性，无需预处理，通过简便的溶液旋涂法，即可在SPM衬底上得到将无孔洞、高质量的钙钛矿薄膜。在钙钛矿太阳能电池中，基于SnO2-聚合物矩阵网络 (SPM)的器件实现了20.8％的光电转换效率(PCE)，填充因子超过80%；在大气环境下，未封装的SPM-PSC器件在90天后仍然保持原来90%以上的效率。相关性能与对照组SnO2-PSC相比有显著的提升。该工作突出了聚合物掺入胶体溶液作为电子/空穴选择层的新视角，为未来器件优化中提高基于纳米粒子的电子/空穴传输层的质量提供了新的思路。 

图1 含有和不含PEG的SnO2溶液的分散性。
(a) PEG和SnO2之间相互作用的示意图； (b) SnO2和SPM的薄膜形态图；(c) 未含PEG的SnO2薄膜AFM图像；(d) 含有PEG的SnO2薄膜AFM图像；(e) 未含PEG的SnO2薄膜的接触角测量；(f) 含有PEG的SnO2薄膜的接触角测量. 
 

图2 SnO2和钙钛矿薄膜的表征
(a) PEG，SnO2和SPM薄膜的FTIR光谱; (b) 涂覆在SnO2(灰线)和SPM(粉线)基底上的钙钛矿的XRD光谱; (c,d) ETL和钙钛矿层之间的电荷传输性质：(c)稳态PL光谱和(d) 时间分辨PL衰变谱. 
 

图3 钙钛矿薄膜的SEM及结构示意图
(a，b) 钙钛矿膜的SEM图像 a) SnO2基底，b) SPM基底；(c) SPM-PSC器件结构的横截面SEM图像。 
图4 具有SnO2和SPM ETL的钙钛矿太阳能电池的器件性能 
a）反向扫描（1.2 V→0 V）和正向扫描（0 V→1.2 V）下基于SnO2或SPM ETL的PSC的J-V曲线;b）SPM-PSC的外量子效率（EQE）;c）基于SnO2或SPM ETL的PSC的约100个样品的PCE分布。 PCE由正向和反向扫描的平均值计算得出;d）基于SnO2或SPM ETL在没有包装的情况下暴露在空气中（30~80％相对湿度）的PSC的PCE演变随时间的变化;e）老化试验前后SPM-PSC的J-V表征;f）基于SnO2或SPM ETL的PSC稳态输出随时间的变化。 

文献链接： 
SnO2-in-polymer Matrix for High-efficiency Perovskite Solar Cells with Improved Reproducibility and Stability（Adv. Mater., 2018, DOI:10.1002/adma.201805153） 
来源：高分子科学前沿