JACS：核壳ZnO@SnO2纳米粒子应用于高效无机钙钛矿太阳电池

JACS：核壳ZnO@SnO2纳米粒子应用于高效无机钙钛矿太阳电池

【引言】

α-CsPbI₃全无机钙钛矿具有优异的热稳定性，具有1.73 eV的带隙，适于串联太阳电池。α-CsPbI₃钙钛矿既可以与低禁带钙钛矿相结合，也可以与硅相结合。然而α-CsPbI₃钙钛矿是不稳定的，在正常条件下会自发地向δ-CsPbI₃相转移。为了克服α-CsPbI₃的不稳定性，通常加入溴化离子来降低α-CsPbI₃从δ相到α相的相变温度。

钙钛矿太阳能电池理想的电荷输运材料应具有合适的能级、较高的载流子迁移率、足够的导电性和良好的电荷提取能力。目前，电荷传输材料主要有有机材料，如Spiro OMeTAD、PTAA、PCBM和C60，还有金属氧化物如氧化锡、二氧化钛、氧化锌和氧化镍。与有机电荷传输材料相比，金属氧化物显示出比有机材料更好的稳定性和场效应迁移率。在这些金属氧化物中，由于合适的能级，SnO₂被证明是无机钙钛矿太阳能电池中的有效电子转移层。而氧化锌在电子萃取过程中表现出较大的电子迁移率（205 cm² v^-1s^-1），而氧化锌的本征表面缺陷很容易导致电子与空穴的严重表面复合。此外，当ZnO直接与钙钛矿晶体接触时，由于ZnO表面上生成的氢氧化物构成，钙钛矿晶体在热处理过程中容易分解。因此，核壳zno@sno2纳米粒子结合了SnO₂和ZnO的优点，是一种理想的电子输运层，其中壳SnO₂为电子注入提供匹配的能级排列，核ZnO纳米粒子提供高的电子迁移率。

【研究进展】

近日，UCLA杨阳教授、苏州大学王照奎教授和中国石油大学李振兴教授（共同通讯作者）在JACS上在线发表了一篇题目为“Core-Shell ZnO@SnO₂ Nanoparticles for Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells”的文章。该研究采用简单易行的溶剂热法制备了由核壳ZnO@SnO₂纳米粒子组成的新型电子输运材料，制备的无机钙钛矿太阳电池的效率达到了14.35%。

【图文简介】

图1核壳ZnO@SnO₂纳米粒子的合成图

图2 核壳ZnO@SnO₂纳米粒子TEM表征

图3核壳ZnO@SnO₂纳米粒子XRD,XPS,吸收光谱表征

图4 核壳ZnO@SnO₂纳米粒子和SnO₂的价带和二次电子截止区

图5 核壳ZnO@SnO₂纳米粒子和SnO₂薄膜的SEM和AFM图

图6无机钙钛矿太阳电池的器件结构示意图

图7 无机钙钛矿太阳电池性能表征

图8 核壳ZnO@SnO₂纳米粒子薄膜器件和SnO₂薄膜器件的TPC和TPV测试

【小结】

该研究设计了并合成了一种核壳ZnO@SnO2纳米薄膜作为无机钙钛矿太阳能电池的电子传输层。文章中采用简单易行的溶剂热法制备了ZnO@SnO₂核壳纳米颗粒，粒径为8.1nm，SnO₂壳厚为3.4nm。与SnO₂纳米颗粒相比，这种新型的电子传输材料大大提高了无机钙钛矿太阳能电池的效率，可以使核心zno纳米颗粒的能级与高电子迁移率很好地匹配。以核壳ZnO@SnO₂纳米粒子为电子输运层的CsPbI₂Br太阳电池的效率高达14.35%。初步结果表明，这些新型电子传输材料在高稳定性、高效率的钙钛矿太阳能电池中具有巨大的应用潜力。

文献链接：Core-Shell ZnO@SnO₂ Nanoparticles for Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells, 2019, JACS, DOI：10.1021/jacs.9b06796.

本文由金也供稿。

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