徐东升：聚合物修饰SnO2电子传输层，显著提高钙钛矿光伏器件性能及稳定性

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SnO2的带隙为3.6 eV，迁移率为240 cm2 /(V•s)，作为钙钛矿太阳能电池（PSC）的电子传输层，与传统TiO2相比，有极小的光催化和回滞问题，低温制备效率同样出色。然而，低温处理的SnO2是一种本征绝缘材料，器件性能对SnO2层的厚度很敏感。高性能SnO2基底的PSC需要SnO2层低于30nm才能实现快速电荷转移。常用的旋涂技术制备这种薄而致密的薄膜具有极大挑战性。由于溶液中纳米颗粒的团聚问题，所得SnO2薄膜通常在大面积上具有针孔和不均匀性。此外，SnO2膜对钙钛矿前体溶液的润湿性差，往往需要如plasma、UV/O3等预处理手段修饰界面。鉴于此，北京邮电大学魏静博士、埃尔朗根-纽伦堡大学赵怡程博士、北京大学徐东升教授及其博士研究生郭枫晚等人就SnO2层界面调控及相关机理等方面作了深入研究，并取得进展。

通过选择水溶性聚合物(聚乙二醇(PEG))溶解到SnO2纳米晶胶体水溶液中，发现PEG分子链能够有效抑制SnO2纳米颗粒团聚，并能显著改善SnO2薄膜的致密性和浸润性。据此，作者提出了一种简单、低成本的方法，将PEG掺入SnO2溶液中，制备出高质量的电子传输层。由于改善了SnO2溶液的分散性，SPM薄膜致密且均匀，具有低于20nm的超薄厚度。由于聚合物改性薄膜的优异润湿性，无需预处理，通过简便的溶液旋涂法，即可在SPM衬底上得到将无孔洞、高质量的钙钛矿薄膜。在钙钛矿太阳能电池中，基于SnO2-聚合物矩阵网络 (SPM)的器件实现了20.8％的光电转换效率(PCE)，填充因子超过80%；在大气环境下，未封装的SPM-PSC器件在90天后仍然保持原来90%以上的效率。相关性能与对照组SnO2-PSC相比有显著的提升。该工作突出了聚合物掺入胶体溶液作为电子/空穴选择层的新视角，为未来器件优化中提高基于纳米粒子的电子/空穴传输层的质量提供了新的思路。

文献链接：

SnO2-in-polymer Matrix for High-efficiency Perovskite Solar Cells with Improved Reproducibility and Stability（Adv. Mater., 2018, DOI:10.1002/adma.201805153）