【《电子传输层分类概述》1800字】

1 电子传输层分类概述目录TOC\o"1-3"\h\u13842电子传输层分类概述 169451.1无机电子传输层 145631.2有机电子传输层 41.1无机电子传输层对于高性能钙钛矿太阳能电池(PSC)，电子传输层(ETL)在光生载流子从钙钛矿层到电极的传输中起着重要作用。TiO2具有其适宜能级结构、稳定性的化学和良好的电子传输性能，是最早应用于PSCs的电子传输层的材料之一。它的电子迁移率约为1cm2v-1s-1，其中金红石型TiO2的带隙约为3.03eV，锐钛矿相TiO2的带隙约为3.20eV。[24]在平面钙钛矿太阳能电池中，TiO2不仅起到电子抽取的作用，还可以做空穴阻隔层。作为介观太阳能电池的关键组件，基于宽带隙的半导体材料的介孔膜越来越受到广泛关注，具有孔径可调、表面积大、框架可控成分以及广泛的有前途的应用的特性，以及其具有多种形态，例如纳米颗粒、纳米线、纳米片、纳米管、球体和其他一些介观结构。在各种金属氧化物中，SnO2具有电子迁移率高、化学稳定性好等显著优点。2015年，Dong等人首次使用溶胶-凝胶技术制备了SnO2溶胶，并将SnO2薄膜作为致密的ETL薄膜应用于PSCs中，实现了6.4%的光电转换效率(PCE)。[25]此后，经过科研工作者的不懈努力。基于SnO2纳米粒子作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池表现出非常高的效率，几乎没有滞后。此外，它们在太阳光照明下的长期稳定性也有显著提高。最重要的是，SnO2与钙钛矿MAPbI3和(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15的能级排列比TiO2好，而TiO2与钙钛矿层能级不匹配会导致光生载流子的积累、能量损失过多等不良后果。然而，通过旋涂SnO2胶体前驱体的SnO2薄膜会导致薄膜不均匀，有许多针孔和裂纹。SnO2ETL中的针孔和裂纹导致钙钛矿吸收层与电极之间的直接接触和载流子提取损失，导致钙钛矿/空穴层界面的复合损失和漏电流增加。因此，基于旋涂SnO2致密层的器件并不总是可重复的，需要抑制异质界面上的电子-空穴复合。我们团队[26]之前探索了一种独特的溶剂热方法以水-有机溶剂体系合成高质量的可调控SnO2纳米棒，并以此SnO2纳米棒阵列为ETL的PSCs效率可达15.46%。图1-7所示为合成的不同尺寸的SnO2纳米棒阵列的扫描电镜图。图1-7FTO衬底上生长不同尺寸的SnO2纳米棒阵列的表面形貌和横截面SEM图像:(a,d)NR-A、(b,e)NR-B和(c,f)NR-C。[26]Fig.1-7SurfacemorphologyandcrosssectionSEMimagesofSnO2nanorodswithdifferentsizesgrownonFTOsubstrates:(a,d)NR-A,(b,e)NR-B,(c,f)NR-C.[26]我们也通过水热法合成粒径可控、结晶度良好和分散良好的氧化锡微球，采用喷涂法沉积了SnO2微球薄膜，并以此为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池。为了进一步改善电子传输层与钙钛矿层之间的电荷转移，在SnO2微球中加入石墨烯量子点，获得了最佳的光电转换效率为17.08%。图1-8为不同尺寸SnO2微球扫描电镜图。[27]图1-8基于SnO2微球的钙钛矿太阳能电池。[27]Fig.1-8PerovskitesolarcellsbasedonSnO2microspheres.[27]具有片层结构的二维半导体材料是一种很有前途的半导体材料。Singh[28]等人报道了使用MoS2薄膜作为PSCs的ETL。利用微波低温法FTO衬底上直接制备了均匀的MoS2薄膜。MoS2电子传输层与钙钛矿层形成热稳定界面，无需任何热处理。该薄膜在垂直方向上具有高度的透明性和导电性。Hou[29]等人采用溶剂热法合成了硫化铟(In2S3)纳米片，采用旋涂法制备了In2S3电子传输层，并制备了平面PSCs。形貌观察表明，In2S3的薄膜致密、光滑、无针孔，最佳厚度为40nm。光电特性表明，与TiO2-ETL相比，In2S3-ETL具有较低的电子陷阱态密度、较低的电子注入势垒、较高的电子迁移率和在In2S3/perovskite界面的较高电子提取率、较小的接触电阻和电荷复合。用CH3NH3PbI3做钙钛矿层和In2S3-ETL制作的平面器件的功率转换效率(PCE)高达18.83%，在相同的实验条件下，TiO2-ETL光伏器件的PCE为15.88%。研究结果为PSCs提供了一种新颖、低成本、高效、可替代的ETL材料。图1-9(a)In2S3的TEM图像，(b)In2S3的HRTEM图像，(c)In2S3纳米片的XRD图像，(d)平面钙钛矿光伏器件结构示意图，(e)钙钛矿太阳能电池各层能级[28]。Fig.1-9(a)TEMimagesofIn2S3,(b)HRTEMimagesofIn2S3,(c)XRDimagesofIn2S3nanosheets,(d)schematicdiagramofplanarperovskitephotovoltaicdevices,(e)energylevelsofeachlayerofperovskitesolarcells[28].Yin[30]等人报道了用简单的溶液剥离法(图1-10)制备了2D-TiS2纳米片。首次证明二维TiS2可以作为平面PSCs的有效电子输运层。采用优化浓度的溶液制备TiS2薄膜，PSCs具有17.37%的高功率转换效率。利用溶液可加工性、低温、高迁移率和适宜的能级等优点，所提出的TiS2制备方法可以辅助PSCs的规模化生产，具有高效率和良好的紫外稳定性。此外，这种简单、可靠的胶片再处理方法保证了在柔性设备中应用ETL。图1-10(a)制备TiS2纳米片的液相剥离工艺，(b)TiS2纳米片的XRD图，(c)TiS2纳米片的AFM图像，(d)用原子力显微镜对厚度分布进行统计分析。[30]Fig.1-10(a)PreparationofTiS2nanosheetsbyliquidphasestrippingprocess,(b)XRDimagesofTiS2nanosheets,(c)AFMimagesofTiS2nanosheets,(d)ThethicknessdistributionofTiS2nanosheetswasstatisticallyanalyzedbyatomicforcemicroscopy.[30]1.2有机电子传输层相比于无机电子传输层，有机电子传输层具有阴极的界面偶极、适宜