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摘要

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池器件因其高效率受到广泛关注, 而界面问题是制备高效钙钛矿太阳能电池的关键问题之一. 本文研究了一种高效的乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA)/SnO ₂双层复合结构, 将超薄的EDTA层与ITO(锡-铟氧化物)电极接触, SnO ₂层与钙钛矿界面接触, 作为电子传输层(ETL)用于制备钙钛矿太阳能电池. 有趣的是, 复合ETL的顶部SnO ₂侧的表面形态可以通过调整下面的EDTA层来进行微调. 通过调整EDTA膜厚, 可以调控钙钛矿层结晶过程中的成核过程, 调节了电子传输层与钙钛矿层之间的载流子提取过程. 本文中制备的钙钛矿太阳能电池的回滞效应可以忽略, 并且经过第三方认证, 已经实现了20.2%的能量转换效率.

关键词:

Abstract

Organic-inorganic hybrid perovskite solar cell devices have received wide attention because of their high efficiency, and interface problem is one of the key problems in the preparation of perovskite solar cells. An efficient double-layered ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA)/SnO ₂composite structure, the ultrathin EDTA layer in contact with ITO electrode and an SnO ₂layer interfaced with the perovskite, is developed as an electron-transport layer (ETL) in the preparation of perovskite solar cells. It is interesting that the surface morphology of the top SnO ₂side of the composite ETL can be finely adjusted by tuning the underneath EDTA layer. These control the nucleation process in crystallization of the perovskite layer and adjust carrier extraction process between the electron transport and perovskite layers. High performance perovskite solar cells having a certified power conversion efficiency of 20.2% with negligible hysteresis are achieved.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:郑毅帆,yifanzheng@siom.ac.cn

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2018YFE0118000)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 52103279, 62104234)和上海市青年科技英才扬帆计划(批准号: 21YF1454000)资助的课题.

Authors and contacts

1.
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3.

Corresponding author:Zheng Yi-Fan,yifanzheng@siom.ac.cn

Funds:Project supported by the National Key R&D program of China (Grant No. 2018YFE0118000), National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 52103279, 62104234), and Shanghai Sailing Program (Grant No. 21YF1454000).

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施引文献

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(ITO)/ETL	V_OC/ V	J_SC/ (mA·cm^–2)	FF /%	PCE /%
SnO₂	1.047	23.20	75.42	18.32
EDTA(0.2 mg/mL)	1.044	21.97	71.63	16.43
SnO₂: EDTA^a	1.077	23.07	76.67	19.05
SnO₂/EDTA (0.2 mg/mL)	1.059	23.55	78.59	18.05
EDTA (0.2 mg/mL)/SnO₂	1.068	23.65	81.37	20.55
^a溶液中SnO₂∶EDTA质量比为133.5∶1.

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EDTA concentration/ (mg·ML^–1)	Perovskite films
	SEM	X-ray diffraction
	Grain size/ nm	2θat (100)/ (°)	Intensity at (100)	∆Lat (100)/ nm
0	557	14.00	0.543	516
0.1	784	14.00	0.671	765
0.15	834	14.00	0.839	811
0.2	925	14.00	1.000	888
0.3	704	14.00	0.756	664

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EDTA concentration/ (mg·mL^–1)	τ₁/ns	A₁/%^a	τ₂/ns	A₂/%^a	τ_avg/ns
0	48.7	70.2	745.4	29.8	652.3
0.1	38.3	78.1	710.9	21.9	602.4
0.15	36.8	78.1	484.4	21.9	389.0
0.2	33.8	81.3	465.5	18.7	361.9
0.3	35.3	80.9	659.6	19.1	544.6
^aA_iis the fraction ofτ_icomponent.

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Devices	Scan direction	V_OC/V	J_SC/ (mA·cm^–2)	FF/%	PCE/%	H-index/ %	R_P/Ω	R_S/ Ω
Device 0	RS	1.047	23.20	75.35	18.3	8.25	3757	3.64
(control)	FS	1.052	23.03	69.32	16.79
Device 1	RS	1.062	23.42	77.53	19.28	6.95	4409	3.26
	FS	1.047	23.12	74.12	17.94
Device 2	RS	1.068	23.61	79.60	20.07	3.99	4683	3.02
	FS	1.063	23.41	77.42	19.27
Device 3	RS	1.068	23.65	81.37	20.55	2.53	5537	2.88
	FS	1.064	23.48	80.18	20.03
Device 4	RS	1.057	23.60	78.49	19.58	6.69	5135	3.19
	FS	1.051	23.22	74.88	18.27

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