电子传输层是钙钛矿太阳能电池器件中至关重要的部分，二氧化锡(SnO2)凭借其优异的性质成为最具潜力的电子传输层之一。较低的制备温度是其作为电子传输层的优势，但同时也使其结构具有较多的缺陷。探索合适的添加剂，改善其缺陷，并系统研究添加剂的作用机制，有利于为钙钛矿器件性能的提高提供科学依据和新思路。
近日，中国科学院高能物理研究所多学科中心孙宝云研究员课题组将氧化石墨炔、氮掺杂氧化石墨炔或氟掺杂氧化石墨炔添加到二氧化锡电子传输层中，提高了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，并利用同步辐射技术结合常规表征手段，探究了石墨炔类材料的作用机制。此工作发表在《Nano Today》杂志上。
该工作优化了SnO2电子传输层的结构，进一步影响了钙钛矿活性层的结晶，并发现不同的石墨炔类材料的影响存在差异，氮掺杂氧化石墨炔赋予了电子传输层最佳的导电性和最匹配的能级，而氟掺杂氧化石墨炔使钙钛矿层具有最佳的结晶度。其中最重要的，是首次通过原位XAFS技术跟踪了Pb的配位环境随时间的变化，获取了电子传输层和钙钛矿活性层界面的成键信息（Pb-F键），证实了电子传输层和钙钛矿活性层之间在界面处的相互作用，为SnO2层对钙钛矿层的影响提供了依据。进一步通过同步辐射原位GIXRD和XRD,监测了SnO2、PbI2和钙钛矿的生长过程，发现了改性的SnO2与PbI2之间更强的相互作用抑制了钙钛矿层中的PbI2结晶，并为PbI2前驱体形成钙钛矿提供了更多机会，这是使钙钛矿具有更好的结晶的重要因素。
该工作得到了国家重点研发计划“石墨炔高效能量转换与催化研究”（2018YFA0703500）的资助，以及北京同步辐射1W1B吸收谱实验站、1W1A漫散射实验站、4B9A衍射实验站和4B7A中能实验站的支持。
论文链接：Dan Wang, Xihong Guo, Guikai Zhang, Yunpeng Liu, Shuhu Liu, Zhongying Zhang, Yuru Chai, Yu Chen, Jing Zhang, Baoyun Sun？, SnO2 electron transport layer modified by F/N-doped graphdiyne and in situ XRD and in situ XAFS exploration on its effect on perovskite active layer, Nano Today, 2023, 50, 101852.
图1 钙钛矿在石墨炔类材料改性的SnO2层上的原位XRD图和PbI2在氟掺杂氧化石墨炔改性的SnO2上的原位吸收谱图。
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