氧化鎂納米顆粒
鈣鈦礦作為一種新型的吸光材料，具有合適的帶隙、理想的電子空穴擴散長度、高的吸光系數(shù)等特性。這些優(yōu)勢使得鈣鈦礦太陽能電池在幾年之內(nèi)迅速成為全球的研究熱點，其優(yōu)異的光伏性能已達到與硅太陽能電池相當(dāng)?shù)乃?，并且制備工藝簡單，成本低廉，顯現(xiàn)出巨大的商業(yè)化潛力。
二氧化錫作為一種新型的電子傳輸層材料，具有的高遷移率、減反增透、以及可以低溫制備等優(yōu)點，顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。進一步優(yōu)化基于二氧化錫電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的性能，對于發(fā)展鈣鈦礦太陽能電池具有重要的意義。對于平面結(jié)構(gòu)的電池來說，致密的電子傳輸層在電子傳輸以及空穴阻擋過程中發(fā)揮重要的作用，但是，研究發(fā)現(xiàn)，單層的電子傳輸層在有效地傳輸電子的過程中往往不能夠充分的保證阻擋空穴的復(fù)合。如果增加電子傳輸層的厚度會引起高的串聯(lián)電阻，但是減小電子傳輸層厚度后，又容易產(chǎn)生漏電。由于這些因素的阻礙，單層的電子傳輸層可能不能夠充分的阻擋電子和空穴的復(fù)合，進而對器件的性能產(chǎn)生不利的影響。
減小界面的載流子的復(fù)合以及電荷傳輸過程中的能量損失，是進一步提升電池性能的有效手段。眾多的科研工作者嘗試改善電子傳輸層和鈣鈦礦之間的界面，并且取得顯著的成效，然而對于陽極和電子傳輸層之間的界面問題并沒有引起足夠多的重視。氧化鎂作為一種寬帶隙的自旋電子學(xué)隧穿材料，能夠在阻礙電子和空穴的復(fù)合的問題上發(fā)揮獨特的作用。
應(yīng)用寬帶隙的氧化鎂納米層，修飾鈣鈦礦太陽能電池的二氧化錫電子傳輸層和陽極之間的界面，形成二氧化錫/氧化鎂雙薄層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了有效的電荷輸運和空穴阻擋特性，使器件性能得到顯著提高。通過n-i-p異質(zhì)結(jié)工作機制的進一步分析，闡釋了氧化鎂對于電荷輸運和減小復(fù)合作用的機理。氧化鎂一方面由于其低的價帶位置有效地阻礙了界面中電子和空穴的復(fù)合，減小了漏電流，另一方面，鈍化了陽極的表面缺點，改善了氧化錫的成膜質(zhì)量。通過這一簡單的方法，鈣鈦礦太陽能電池器件獲得了18.82%的光電轉(zhuǎn)換效率。
研究者相信，此項研究將會為進一步提高二氧化錫體系的鈣鈦礦界性能打開了一扇窗戶，并為解決鈣鈦礦界面修飾的問題提供新的思路。
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