三元半导体氧化物Zn₂SnO₄因具有较宽的带隙 (E_g=3.6 eV)、较高的电子迁移率 (10-15 cm² V^-1 s^-1) 及能带结构较易调控等特点，被应用于太阳能电池。但是，这种材料受限于本身较高的导带位和较低的等电位点，作为电极材料应用于钙钛矿太阳能电池，其界面处电荷复合严重，从而影响其光电性能。因此，设计合成新型结构的三元氧化物Zn₂SnO₄电极材料，并实现其能级可控，获得光电性能优异的光伏器件，这是十分有意义的工作。研究表明，Zn₂SnO₄致密层可以有效的抑制界面电荷复合，提高电池的光伏性能。

近日，针对界面电荷复合问题，福州大学魏明灯教授（点击查看介绍）课题组首次采用回流冷凝工艺，合成了Zn₂SnO₄薄膜并将其作为钙钛矿太阳能电池的致密层，最高光电转换效率达到20.1%。这是因为Zn₂SnO₄具有较高的电子迁移率和合适的能带结构，有利于载流子从钙钛矿活性层的抽取和电子的传输。同时，FTO基体表面被Zn₂SnO₄薄膜完全覆盖，避免了钙钛矿活性材料层直接与FTO接触，有效地抑制了电子传输层/钙钛矿界面的电荷复合，从而改善器件的光电性能。因此，本研究结果为合成高性能钙钛矿太阳能电池的致密层提供了一条新途径（图1）。

图1. PSC能级结构图及其光电性能图

这一成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，第一作者为福州大学的博士研究生豆洁。

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Highly efficient perovskite solar cells based on a Zn₂SnO₄ compact layer

Jie Dou, Deli Shen, Yafeng Li, Antonio Abate, Mingdeng Wei

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b09209

导师介绍

魏明灯

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