氧化鎂納米顆粒
鈣鈦礦作為一種新型的吸光材料，具有合適的帶隙、理想的電子空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度、高的吸光系數(shù)等特性。這些優(yōu)勢(shì)使得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在幾年之內(nèi)迅速成為全球的研究熱點(diǎn)，其優(yōu)異的光伏性能已達(dá)到與硅太陽(yáng)能電池相當(dāng)?shù)乃?，并且制備工藝?jiǎn)單，成本低廉，顯現(xiàn)出巨大的商業(yè)化潛力。
二氧化錫作為一種新型的電子傳輸層材料，具有的高遷移率、減反增透、以及可以低溫制備等優(yōu)點(diǎn)，顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。進(jìn)一步優(yōu)化基于二氧化錫電子傳輸層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能，對(duì)于發(fā)展鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有重要的意義。對(duì)于平面結(jié)構(gòu)的電池來(lái)說(shuō)，致密的電子傳輸層在電子傳輸以及空穴阻擋過(guò)程中發(fā)揮重要的作用，但是，研究發(fā)現(xiàn)，單層的電子傳輸層在有效地傳輸電子的過(guò)程中往往不能夠充分的保證阻擋空穴的復(fù)合。如果增加電子傳輸層的厚度會(huì)引起高的串聯(lián)電阻，但是減小電子傳輸層厚度后，又容易產(chǎn)生漏電。由于這些因素的阻礙，單層的電子傳輸層可能不能夠充分的阻擋電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)而對(duì)器件的性能產(chǎn)生不利的影響。
減小界面的載流子的復(fù)合以及電荷傳輸過(guò)程中的能量損失，是進(jìn)一步提升電池性能的有效手段。眾多的科研工作者嘗試改善電子傳輸層和鈣鈦礦之間的界面，并且取得顯著的成效，然而對(duì)于陽(yáng)極和電子傳輸層之間的界面問(wèn)題并沒(méi)有引起足夠多的重視。氧化鎂作為一種寬帶隙的自旋電子學(xué)隧穿材料，能夠在阻礙電子和空穴的復(fù)合的問(wèn)題上發(fā)揮獨(dú)特的作用。
應(yīng)用寬帶隙的氧化鎂納米層，修飾鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的二氧化錫電子傳輸層和陽(yáng)極之間的界面，形成二氧化錫/氧化鎂雙薄層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了有效的電荷輸運(yùn)和空穴阻擋特性，使器件性能得到顯著提高。通過(guò)n-i-p異質(zhì)結(jié)工作機(jī)制的進(jìn)一步分析，闡釋了氧化鎂對(duì)于電荷輸運(yùn)和減小復(fù)合作用的機(jī)理。氧化鎂一方面由于其低的價(jià)帶位置有效地阻礙了界面中電子和空穴的復(fù)合，減小了漏電流，另一方面，鈍化了陽(yáng)極的表面缺點(diǎn)，改善了氧化錫的成膜質(zhì)量。通過(guò)這一簡(jiǎn)單的方法，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件獲得了18.82%的光電轉(zhuǎn)換效率。
研究者相信，此項(xiàng)研究將會(huì)為進(jìn)一步提高二氧化錫體系的鈣鈦礦界性能打開了一扇窗戶，并為解決鈣鈦礦界面修飾的問(wèn)題提供新的思路。
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