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钙钛矿太阳能电池(PSCs)经过十年的发展,基于二氧化钛(TiO2)电子传输层的电池的能量转换效率已攀升至24.2%。常规结构的PSCs通常需要电子传输层与空穴传输层,分别提取电子与空穴、且降低载流子的复合,载流子的提取效率与迁移率对电池的性能有决定性的作用。近年来,韩宏伟课题组开发了一种基于介孔TiO2、氧化锆(ZrO2)以及多孔碳电极的三层介孔结构薄膜钙钛矿太阳能电池(TMPSCs),摒弃了昂贵的空穴传输层与金电极,但电子传输层仍是必不可少。在主流的PSCs结构中,TiO2是应用最广泛的电子传输材料,但是TiO2的电子迁移率不高且具有紫外光催化活性,尤其是催化活性会导致钙钛矿的分解,严重影响了电池的稳定性。宽禁带半导体二氧化锡(SnO2)拥有比TiO2更快的电子迁移率,适合的能带结构与非光催化活性,适合作为电子传输材料;三元金属氧化物易通过改变组分或元素掺杂改变光学和电子特性,且锡酸锌(Zn2SnO4)、锡酸钡(BaSnO3)拥有与TiO2相似的能带结构与较快的电子迁移率,也符合电子传输材料的要求。本论文在无空穴传输层TMPSCs的基础上展开,致力于制备可代替TiO2的电子传输材料,在该结构中通过铌(Nb)掺杂SnO2致密层提升电池的光伏性能,并且首次将Zn2SnO4与BaSnO3纳米颗粒应用于该结构的介孔层中,主要研究工作如下:(1)制备了基于SnO2致密层和碳对电极的TMPSCs,电池由四层薄膜组装而成,由下至上分别为:SnO2致密层、TiO2介孔层、ZrO2介孔层和碳对电极。SnO2通过旋涂法制备,TiO2、ZrO2介孔层和碳对电极通过丝网印刷法制备,碘铅甲胺(MAPbI3)通过一步滴涂法填充在介孔层中。实验中分别配制了不同浓度的SnO2致密层前驱液,并利用紫外可见分光光度计(UV-Vis)测试不同浓度下SnO2致密层薄膜的可见光透过率,利用X-射线衍射仪(XRD)探究SnO2的晶体类型,利用场发射扫描电镜(SEM)对比不同浓度下SnO2致密层的形貌,将形貌最为均一的致密层薄膜制备成TMPSCs,获得了 11%的光电转换效率。(2)通过旋涂法制备铌(Nb)掺杂的SnO2致密层,探究了Nb掺杂浓度对SnO2致密层TMPSCs性能的影响,并对不同条件下的薄膜进行了 SEM、XRD和可见光透过率的测试,利用原子力显微镜(AFM)测试了样品表面的粗糙度及三维形貌,最后通过能量色散X射线谱(EDS)得到Sn、O、Nb的元素分布情况。实验表明Nb最佳掺杂浓度为2%,此时电池的光电转换效率为13.5%、开路电压为0.92 V、短路电流为24.13 rrmA/cm2、填充因子为0.609,与未掺杂组对比,光电转换效率提升了 15.4%。(3)通过水热法和共沉淀法成功合成了Zn2SnO4和BaSnO3纳米颗粒,同时探究了引起Zn2Sn04相分离的因素。将合适大小的纳米颗粒采用球磨法制备成介孔浆料,利用丝网印刷法制备成介孔薄膜;最后将Zn2SnO4、BaSnO3介孔层应用于TMPSCs中。基于BaSnO3介孔层的电池取得了超过5%的能量转换效率,开路电压达到了 0.872 V;基于Zn2Sno4介孔层的电池最高效率为4.07%,开路电压为0.84 V。两种材料制备方法简单、产量高,优良的电子特性使其具有较大的应用前景。