研究发现复合损失更低的背接触钙钛矿太阳能电池

韩国首尔大学(UOS)和全北国立大学(JNU)的研究人员通过简单的旋涂法开发了一种新型双层氧化锡(SnO₂)电子传输层(ETL)，显著提高了背接触钙钛矿太阳能电池(BC-PSC)的效率和稳定性。

“我们选择SnO₂作为ETL，是因为它与钙钛矿具有良好的导带匹配，并且相比传统的氧化钛，其电子迁移率更高，”Kim解释道。“因此，我们的双层ETL增强了界面接触，减少了复合损失，并优化了电子载流子的能级排列。”

该器件构建于涂覆有图案化氧化铟锡(ITO)、SnO₂ ETL和钙钛矿吸收层的玻璃基板上。采用光刻技术制作线状图案化的镍(Ni)电极，然后进行热氧化形成氧化镍(NiOx)，作为空穴传输层(HTL)。在器件背面，SnO₂电子传输层（ETL）和NiOx空穴传输层（HTL）以叉指式排列，并排布置，从而实现横向电荷收集。引入氧化铝（Al₂O₃）绝缘层以隔离电极并防止短路，同时涂覆一层薄的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）钝化层以保护钙钛矿表面并减少复合。

在这种结构中，光线可直接从顶部照射钙钛矿层，不受正面电极的阻挡，电子和空穴分别通过背接触的SnO₂和NiOx电极选择性地横向提取。

为了评估ETL工程的作用，研究人员制备了三种采用不同SnO₂基ETL的背接触钙钛矿太阳能电池（BC-PSC）器件：一种是由纳米颗粒制成的胶体SnO₂，一种是溶胶-凝胶法制备的SnO₂，还有一种是由纳米颗粒SnO₂层和溶胶-凝胶层组合而成的双层SnO₂。每层电子传输层（ETL）均旋涂在氧化铟锡（ITO）基底上，并通过光刻技术进行图案化。

一系列实验对比了各器件的性能，结果表明，双层SnO₂器件的平均光电流最高，达到33.67皮安（pA），优于溶胶-凝胶法制备的SnO₂器件（26.69 pA）和胶体法制备的SnO₂器件（14.65 pA）。

双层SnO₂器件的最大功率转换效率也达到了4.52%，是三种器件中最高的，并且由于其对电荷复合的抑制作用增强，还提高了运行稳定性。

“由于其高效率、增强的稳定性和可扩展的设计，双层钙钛矿太阳能电池（BC-PSC）器件在包括柔性器件和大面积太阳能组件在内的多种应用领域具有巨大的潜力。” Baek说道。 “我们相信，我们的研究成果将有助于加速开发适用于实际应用的背接触钙钛矿太阳能电池（BC-PSC）技术，同时推进可持续能源解决方案的发展。

这项名为“Interface engineering for efficient and stable back-contact perovskite solar cells”的研究由俄勒冈大学化学工程系副教授金敏（Min Kim）和日本国立大学化学工程学院博士生白道勋（Dohun Baek）领导，已发表在《Journal of Power Sources》上。