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多功能聚合物調節SnO2納米晶提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性

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鈣鈦礦型太陽能電池具有高功率轉換效率(PCE)和簡易的溶液制備工藝。平面結構的PSCs可用低溫(≤150℃)溶液基工藝制造，使其即節能又可與柔性基板兼容的工藝。通過改善SnO₂ ETL和鈣鈦礦層之間的界面接觸，可提高了平面PSCs的效率和穩定性。引入一種生物聚合物(肝素鉀，HP)來調節SnO₂納米晶的排列，并誘導鈣鈦礦的垂直定向生長。相應地，基于SnO₂-HP的器件在剛性襯底上的平均效率為23.03%，增強的開路電壓(V_OC)為1.162V，并且具有較高的再現性。

由于加強了界面結合，器件獲得了很高的運行穩定性，在1個太陽光照強度下，在最大功率點運行1000 h后仍保持97%的初始性能(功率轉換效率，PCE>22%)。此外，HP改性的SnO₂ ETL在柔性和大面積器件中具有廣闊的應用前景。

圖一、SnO₂膠體分散體的穩定化及器件制作

（a）分散液中SnO₂納米晶體的分布，薄膜中SnO₂納米晶體的排列以及有無HP的SnO₂薄膜上鈣鈦礦層的晶體生長示意圖。

（b）有無HP的新鮮和老化SnO₂膠態分散體的數字圖像，以及相應的DLS光譜。

（c）有無HP的SnO₂納米晶體的TEM圖像。

（d）SnO₂和SnO₂-HP薄膜的GIXRD圖。

（e）沉積在SnO₂和SnO₂-HP薄膜上的鈣鈦礦層的橫截面SEM圖像和GIXRD圖。

圖二、SnO₂與HP的相互作用及其對鈣鈦礦層的影響

（a）SnO₂、SnO₂-HP和HP薄膜的FTIR光譜，比較了歸屬于C=O和S=O的信號。

（b）SnO₂和SnO₂-HP膜的XPS光譜，比較了Sn(3d_3/2，3d_5/2)的峰。

（c）SnO₂-HP納米晶體的TEM元素圖分析。

(d-e)ITO、ITO/SnO₂和ITO/SnO₂-HP上鈣鈦礦層的穩態和TRPL光譜。

圖三、基于SnO₂和SnO₂-HP的平面PSCs的器件性能

(a)分散液中SnO₂納米晶體的分布，薄膜中SnO₂納米晶體的排列以及有無HP的SnO₂薄膜上鈣鈦礦層的晶體生長示意圖。

(b)有無HP的新鮮和老化SnO₂膠態分散體的數字圖像，以及相應的DLS光譜。

圖四、器件的長時間穩定性

(a)對基于SnO₂和SnO₂-HP的高性能平面PSCs器件在恒定的模擬太陽光照(100 mW cm^-2)條件下(不含紫外截止濾波器)連續跟蹤1000小時的最大功率點(MPP)。

(b)以SnO₂和SnO₂-HP為ETL作為彎曲周期函數的柔性平面PSCs的PCE演化。

用于穩定SnO₂膠體分散和沉積SnO₂納米晶有序排列的薄膜的HP生物聚合物。這種策略能夠通過誘導混合陽離子鈣鈦礦的垂直定向生長來加強ETL和鈣鈦礦層之間的界面接觸。相應地，基于SnO₂-HP的平面PSCs在剛性基板上的平均效率超過23%，在柔性基板上的平均效率為19.47%。此外，在1個太陽光照強度下，電池在其MPP上的工作穩定性也很高，這為平面PSCs的ETL和界面的改進提供了一種簡便易行的方法，使其成為高效、穩定的鈣鈦礦光電器件。