多功能聚合物调节SnO2纳米晶提高钙钛矿太阳能电池稳定性

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钙钛矿型太阳能电池具有高功率转换效率(PCE)和简易的溶液制备工艺。平面结构的PSCs可用低温(≤150℃)溶液基工艺制造，使其即节能又可与柔性基板兼容的工艺。通过改善SnO₂ ETL和钙钛矿层之间的界面接触，可提高了平面PSCs的效率和稳定性。引入一种生物聚合物(肝素钾，HP)来调节SnO₂纳米晶的排列，并诱导钙钛矿的垂直定向生长。相应地，基于SnO₂-HP的器件在刚性衬底上的平均效率为23.03%，增强的开路电压(V_OC)为1.162V，并且具有较高的再现性。

由于加强了界面结合，器件获得了很高的运行稳定性，在1个太阳光照强度下，在最大功率点运行1000 h后仍保持97%的初始性能(功率转换效率，PCE>22%)。此外，HP改性的SnO₂ ETL在柔性和大面积器件中具有广阔的应用前景。

图一、SnO₂胶体分散体的稳定化及器件制作

（a）分散液中SnO₂纳米晶体的分布，薄膜中SnO₂纳米晶体的排列以及有无HP的SnO₂薄膜上钙钛矿层的晶体生长示意图。

（b）有无HP的新鲜和老化SnO₂胶态分散体的数字图像，以及相应的DLS光谱。

（c）有无HP的SnO₂纳米晶体的TEM图像。

（d）SnO₂和SnO₂-HP薄膜的GIXRD图。

（e）沉积在SnO₂和SnO₂-HP薄膜上的钙钛矿层的横截面SEM图像和GIXRD图。

图二、SnO₂与HP的相互作用及其对钙钛矿层的影响

（a）SnO₂、SnO₂-HP和HP薄膜的FTIR光谱，比较了归属于C=O和S=O的信号。

（b）SnO₂和SnO₂-HP膜的XPS光谱，比较了Sn(3d_3/2，3d_5/2)的峰。

（c）SnO₂-HP纳米晶体的TEM元素图分析。

(d-e)ITO、ITO/SnO₂和ITO/SnO₂-HP上钙钛矿层的稳态和TRPL光谱。

图三、基于SnO₂和SnO₂-HP的平面PSCs的器件性能

(a)分散液中SnO₂纳米晶体的分布，薄膜中SnO₂纳米晶体的排列以及有无HP的SnO₂薄膜上钙钛矿层的晶体生长示意图。

(b)有无HP的新鲜和老化SnO₂胶态分散体的数字图像，以及相应的DLS光谱。

图四、器件的长时间稳定性

(a)对基于SnO₂和SnO₂-HP的高性能平面PSCs器件在恒定的模拟太阳光照(100 mW cm^-2)条件下(不含紫外截止滤波器)连续跟踪1000小时的最大功率点(MPP)。

(b)以SnO₂和SnO₂-HP为ETL作为弯曲周期函数的柔性平面PSCs的PCE演化。

用于稳定SnO₂胶体分散和沉积SnO₂纳米晶有序排列的薄膜的HP生物聚合物。这种策略能够通过诱导混合阳离子钙钛矿的垂直定向生长来加强ETL和钙钛矿层之间的界面接触。相应地，基于SnO₂-HP的平面PSCs在刚性基板上的平均效率超过23%，在柔性基板上的平均效率为19.47%。此外，在1个太阳光照强度下，电池在其MPP上的工作稳定性也很高，这为平面PSCs的ETL和界面的改进提供了一种简便易行的方法，使其成为高效、稳定的钙钛矿光电器件。