基于SnO<sub>2</sub>电子传输层的n-i-p型钙钛矿太阳能电池关键技术研究

岳晓鹏; 赵兴; 闫慧琳; 樊冰冰; 黄浩; 闫路遥; 崔鹏; 马峻峰; 李美成

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22072

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基于SnO₂电子传输层的n-i-p型钙钛矿太阳能电池关键技术研究

新能源 | 更新时间：2025-06-06

- 基于SnO₂电子传输层的n-i-p型钙钛矿太阳能电池关键技术研究
- Research of Key Technologies for n-i-p Perovskite Solar Cells With SnO₂ Electron Transport Layer
- 发电技术 2023年44卷第1期页码：63-77
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学新能源学院,北京市昌平区 102206
  2.河北工程大学能源与环境工程学院,河北省邯郸市 056038
- 作者简介：
  
  [ "岳晓鹏(1981)，女，硕士，讲师，研究方向为钙钛矿太阳能电池，yue28109@163.com；" ]
  [ "赵兴(1989)，女，博士，讲师，研究方向为新能源材料与器件，zhaoxing8921@163.com；" ]
  [ "闫慧琳(2000)，女，研究方向为钙钛矿太阳电池，120181100326@ncepu.edu.cn；" ]
  [ "樊冰冰(1992)，女，博士，实验员，研究方向为新能源材料与器件，bbfan@ncepu.edu.cn；" ]
  [ "黄浩(1994)，男，博士研究生，研究方向为钙钛矿太阳能电池，120192111173@ncepu.edu.cn；" ]
  [ "闫路遥(1996)，女，博士研究生，研究方向为钙钛矿太阳能电池，luyaoyan@ncepu.edu.cn；" ]
  [ "崔鹏(1991)，男，博士，讲师，研究方向为新型太阳电池材料特性与器件设计，cuipeng@ncepu.edu.cn；" ]
  [ "马峻峰(1962)，男，博士，教授，研究方向为新能源材料与光电技术，清洁能源与高效光催化材料，majunfeng01@sina.com；" ]
  [ "李美成(1973)，男，博士，教授，研究方向为新能源与可再生能源，本文通信作者，mcli@ncepu.edu.cn。" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51972110;52102245;52072121);北京市自然科学基金(2222076;2222077);新能源电力系统国家重点实验室自主课题(LAPS202114);华能集团总部科技项目(HNKJ20-H88);中央高校基本科研业务费项目(2020MS023;2020MS028);华北电力大学双一流建设项目
- DOI：10.12096/j.2096-4528.pgt.22072
  中图分类号： TK 01
- 收稿日期：2022-04-07，
  
  纸质出版日期：2023-02-28
- 稿件说明：
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岳晓鹏,赵兴,闫慧琳等.基于SnO₂电子传输层的n-i-p型钙钛矿太阳能电池关键技术研究[J].发电技术,2023,44(01):63-77.

YUE Xiaopeng,ZHAO Xing,YAN Huilin,et al.Research of Key Technologies for n-i-p Perovskite Solar Cells With SnO₂ Electron Transport Layer[J].Power Generation Technology,2023,44(01):63-77.
岳晓鹏,赵兴,闫慧琳等.基于SnO₂电子传输层的n-i-p型钙钛矿太阳能电池关键技术研究[J].发电技术,2023,44(01):63-77. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.22072.

YUE Xiaopeng,ZHAO Xing,YAN Huilin,et al.Research of Key Technologies for n-i-p Perovskite Solar Cells With SnO₂ Electron Transport Layer[J].Power Generation Technology,2023,44(01):63-77. DOI： 10.12096/j.2096-4528.pgt.22072.

摘要

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells，PSCs)由于光电转换效率高、制备工艺简单、成本低等优势受到广泛关注，电池效率已从3.8%提升到25.7%。目前，对基于SnO

电子传输层的n-i-p型平板结构电池的研究越来越多，但存在着工艺可重复性差、效率低等问题。针对n-i-p型平板结构PSCs的制备进行了系统的研究，包括导电基底的选择、钙钛矿制备工艺参数的优化以及电池存储环境。结果证明，上述参数对于电池均具有重要影响，并结合扫描电子显微镜、X射线衍射、吸收光谱分析了原因。在最优工艺条件下(掺锡氧化铟基底，PbI

退火温度70 ℃(1 min)，胺盐溶液滴加后静置时间不超过5 s，存储湿度4.5%)，器件平均效率达到21.85%，最高效率达到23.47%，迟滞可忽略，具有良好的可重复性。研究结果可为制备重复性好、光电转换效率高的PSCs提供科学支撑。

Abstract

Perovskite solar cells (PSCs) have attracted extensive attentions due to their high-efficiency

simple preparation process and low-cost. The efficiency of the PSCs has increased from 3.8% to 25.7%. So far

more and more studies focus on n-i-p structured PSCs using SnO

as electron tra

nsport layer. However

its process reproducibility is relatively poor

and efficiency is still low. This report conducted a systematic study of planar n-i-p PSCs

mainly including the selection of transparent conductive oxide (TCO) glass

optimization of preparation parameters and the influence of storage conditions on device performance. Experimental results show that these parameters have an important impact on the device performance. At the same time

it was analyzed by scanning electron microscope

X-ray diffraction

absorption spectrum. The devices achieved an average efficiency of 21.85% and a highest efficiency of 23.47% with good reproducibility under the optimal conditions (Indium Tin oxide substrate

PbI

annealed at 70 ℃ for 1 min

standing time after dropping amine salt solution is less than 5 s

and stored in 4.5% humidity environment). This work provides scientific support for the preparation of high-efficiency and repeatable PSCs.

关键词

Keywords

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CHU S ， MAJUMDAR A ． Opportunities and challenges for a sustainable energy future [J ] ． Nature ， 2012 ， 488 ( 7411 )： 294 - 303 ． doi: 10.1038/nature11475 http://dx.doi.org/10.1038/nature11475

李春曦，王佳，叶学民，等．我国新能源发展现状及前景 [J ] ．电力科学与工程， 2012 ， 28 ( 4 )： 1 - 8 ． doi: 10.3969/j.issn.1672-0792.2012.04.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-0792.2012.04.001

Li C X ， Wang J ， Ye X M ， et al ． Development and prospects of new energy in China [J ] ． Electric Power Science and Engineering ， 2012 ， 28 ( 4 )： 1 - 8 ． doi: 10.3969/j.issn.1672-0792.2012.04.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-0792.2012.04.001

韩芳．我国可再生能源发展现状和前景展望 [J ] ．可再生能源， 2010 ， 28 ( 4 )： 137 - 140 ． doi: 10.3969/j.issn.1671-5292.2010.04.033 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-5292.2010.04.033

HAN F ． Development status and prospect of renewable energy in China [J ] ． Renewable Energy Resources ， 2010 ， 28 ( 4 )： 137 - 140 ． doi: 10.3969/j.issn.1671-5292.2010.04.033 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-5292.2010.04.033

丁峰，李晓刚，梁泽琪，等．国外可再生能源发展经验及其对我国相关扶持政策的启示 [J ] ．电力建设， 2022 ， 43 ( 9 )： 1 - 11 ． doi: 10.12204/j.issn.1000-7229.2022.09.001 http://dx.doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2022.09.001

DING F ， LI X G ， LIANG Z Q ， et al ． Review of foreign experience in promoting renewable energy development and inspiration to China [J ] ． Electric Power Construction ， 2022 ， 43 ( 9 )： 1 - 11 ． doi: 10.12204/j.issn.1000-7229.2022.09.001 http://dx.doi.org/10.12204/j.issn.1000-7229.2022.09.001

姜红丽，刘羽茜，冯一铭，等．碳达峰、碳中和背景下“十四五”时期发电技术趋势分析 [J ] ．发电技术， 2021 ， 43 ( 1 )： 54 - 64 ．

Jiang H L ， Liu Y X ， Feng Y M ， et al ． Analysis of power generation technology trend in 14th five-year plan under the background of carbon peak and carbon neutrality [J ] ． Power Generation Technology ， 2021 ， 43 ( 1 )： 54 - 64 ．

童光毅．基于双碳目标的智慧能源体系构建 [J ] ．智慧电力， 2021 ， 49 ( 5 )： 1 - 6 ． doi: 10.3969/j.issn.1673-7598.2021.05.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-7598.2021.05.002

TONG G Y ． Construction of smart energy system based on dual carbon goal [J ] ． Smart Power ， 2021 ， 49 ( 5 )： 1 - 6 ． doi: 10.3969/j.issn.1673-7598.2021.05.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-7598.2021.05.002

刘斌，谈竹奎，唐赛秋，等．基于数据预测启发式算法的光伏电池参数识别 [J ] ．电力系统保护与控制， 2021 ， 49 ( 23 )： 72 - 79 ．

LIU B ， TAN Z K ， TANG S Q ， et al ． Photovoltaic cell parameter extraction using data prediction based on a meta-heuristic algorithm [J ] ． Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 ( 23 )： 72 - 79 ．

National Renewable Energy Laboratory ． Best research-cell efficiency chart [EB/OL ] ．[ 2022-03-12 ] ． https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html(2022) https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html(2022) ．

Meng L ， You J ， Yang Y ． Addressing the stability issue of perovskite solar cells for commercial applications [J ] ． Nature Communications ， 2018 ， 9 ( 1 )： 5265 ． doi: 10.1038/s41467-018-07255-1 http://dx.doi.org/10.1038/s41467-018-07255-1

Roy P ， Kumar Sinha N ， Tiwari S ， et al ． A review on perovskite solar cells：Evolution of architecture，fabrication techniques，commercialization issues and status [J ] ． Solar Energy ， 2020 ， 198 ： 665 - 688 ． doi: 10.1016/j.solener.2020.01.080 http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2020.01.080

Reddy S H ， Di Giacomo F ， Di Carlo A ． Low‐temperature‐processed stable perovskite solar cells and modules：a comprehensive review [J ] ． Advanced Energy Materials ， 2022 ： 2103534 ． doi: 10.1002/aenm.202103534 http://dx.doi.org/10.1002/aenm.202103534

Kojima A ， Teshima K ， Shirai Y ， et al ． Organometal halide perovskites as visible-light sensitizer for photovoltaic cells [J ] ． Journal of American Chemical Society ， 2009 ， 131 ： 6050 - 6051 ． doi: 10.1021/ja809598r http://dx.doi.org/10.1021/ja809598r

Kim H S ， Lee C R ， Im J H ， et al ． Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9% [J ] ． Scientific Reports ， 2012 ， 2 ： 591 - 598 ． doi: 10.1038/srep00591 http://dx.doi.org/10.1038/srep00591

Li Y ， Xie H ， Lim E L ， et al ． Recent progress of ctical interface engineering for highly efficient and stable perovskite solar cells [J ] ． Advanced Energy Materials ， 2022 ， 12 ( 5 )： 1 - 31 ． doi: 10.1002/aenm.202102730 http://dx.doi.org/10.1002/aenm.202102730

Jiang Q ， Zhang X ， You J ． SnO 2  ：a wonderful electron transport layer for perovskite solar cells [J ] ． Small ， 2018 ： 1801154 ． doi: 10.1002/smll.201801154 http://dx.doi.org/10.1002/smll.201801154

Park S Y ， Zhu K ． Advances in SnO 2 for efficient and stable n‐i‐p perovskite solar cells [J ] ． Advanced Materials ， 2022 ： 2110438 ． doi: 10.1002/adma.202110438 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202110438

Song J ， Zheng E ， Wang X F ， et al ． Low-temperature-processed ZnO-SnO 2 nanocomposite for efficient planar perovskite solar cells [J ] ． Solar Energy Materials and Solar Cells ， 2016 ， 144 ： 623 - 630 ． doi: 10.1016/j.solmat.2015.09.054 http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2015.09.054

Anaraki E H ， Kermanpur A ， Steier L ， et al ． Highly efficient and stable planar perovskite solar cells by solution-processed tin oxide [J ] ． Energy and Environmental Science ， 2016 ， 9 ( 10 )： 3128 - 3134 ． doi: 10.1039/c6ee02390h http://dx.doi.org/10.1039/c6ee02390h

Yoo J J ， Seo G ， Chua M R ， et al ． Efficient perovskite solar cells via improved carrier management [J ] ． Nature ， 2021 ， 590 ( 7847 )： 587 - 593 ． doi: 10.1038/s41586-021-03285-w http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03285-w

Min H ， Lee D Y ， Kim J ， et al ． Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO 2 electrodes [J ] ． Nature ， 2021 ， 598 ( 7881 )： 444 - 450 ． doi: 10.1038/s41586-021-03964-8 http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03964-8

Jiang Q ， Zhao Y ， Zhang X ， et al ． Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells [J ] ． Nature Photonics ， 2019 ， 13 ( 7 )： 460 - 466 ． doi: 10.1038/s41566-019-0398-2 http://dx.doi.org/10.1038/s41566-019-0398-2

Jiang Q ， Zhang L ， Wang H ， et al ． Enhanced electron extraction using SnO 2 for high-efficiency planar-structure HC(NH 2 ) 2 PbI 3 -based perovskite solar cells [J ] ． Nature Energy ， 2017 ， 2 ( 1 )： 16177 ． doi: 10.1038/nenergy.2017.60 http://dx.doi.org/10.1038/nenergy.2017.60

Jiang Q ， Chu Z ， Wang P ， et al ． Planar-structure perovskite solar cells with efficiency beyond 21% [J ] ． Advanced Materials ， 2017 ， 1703852 ： 1 - 7 ． doi: 10.1002/adma.201703852 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201703852

Liu D ， Zheng H ， Ahmed Y ， et al ． Enhanced photovoltaic performance of SnO 2 based flexible perovskite solar cells via introducing interfacial dipolar layer and defect passivation [J ] ． Journal of Power Sources ， 2022 ， 519 ： 230814 ． doi: 10.1016/j.jpowsour.2021.230814 http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230814

Xiong Z ， Chen X ， Zhang B ， et al ． Simultaneous interfacial modification and crystallization control by biguanide hydrochloride for stable perovskite solar cells with PCE of 24.4% [J ] ． Advanced Materials ， 2022 ， 34 ( 8 )： 1 - 10 ． doi: 10.1002/adma.202106118 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202106118

Yu X ， Lv Y ， Xue B ， et al ． Multiple bonding effects of 1-methanesulfonyl-piperazine on the two-step processed perovskite towards efficient and stable solar cells [J ] ． Nano Energy ， 2022 ， 93 ： 106856 ． doi: 10.1016/j.nanoen.2021.106856 http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106856

LU H ， KRISHNA A ， ZAKEERUDDIN S M ， et al ． Compositional and interface engineering of organic-inorganic lead halide perovskite solar Cells [J ] ． iScience ， 2020 ， 23 ( 8 )： 1 - 14 ． doi: 10.1016/j.isci.2020.101359 http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2020.101359

ZHANG F ， ZHU K ． Additive engineering for efficient and stable perovskite solar cells [J ] ． Advanced Energy Materials ， 2020 ， 10 ( 13 )： 1 - 26 ． doi: 10.1002/aenm.201902579 http://dx.doi.org/10.1002/aenm.201902579

LI T ， RUI Y ， ZHANG X ， et al ． Anatase TiO 2 nanorod arrays as high-performance electron transport layers for perovskite solar cells [J ] ． Journal of Alloys and Compounds ， 2020 ， 849 ： 156629 ． doi: 10.1016/j.jallcom.2020.156629 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156629

ZHANG M ， WILKINSON B ， LIAO Y ， et al ． Electrode design to overcome substrate transparency limitations for highly efficient 1 cm 2 mesoscopic perovskite solar cells [J ] ． Joule ， 2018 ， 2 ( 12 )： 2694 - 2705 ． doi: 10.1016/j.joule.2018.08.012 http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2018.08.012

CHEN Y ， MENG Q ， XIAO Y ， et al ． Mechanism of PbI 2 in situ passivated perovskite films for enhancing the performance of perovskite solar cells [J ] ． ACS Applied Materials and Interfaces ， 2019 ， 11 ( 47 )： 44101 - 44108 ． doi: 10.1021/acsami.9b13648 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b13648

HU L ， SHAO G ， JIANG T ， et al ． Investigation of the interaction between perovskite films with moisture via in situ electrical resistance measurement [J ] ． ACS Applied Materials and Interfaces ， 2015 ， 7 ( 45 )： 25113 - 25120 ． doi: 10.1021/acsami.5b06268 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.5b06268

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