SnO 2 đã được sử dụng rộng rãi làm lớp vận chuyển điện tử (ETL) cho pin mặt trời perovskite (PSC) hiệu quả do độ trong suốt cao, độ linh động điện tử cao và sự liên kết dải thuận lợi. PSC dựa trên SnO 2 được điều chế bằng bể hóa chất (CBD) đã chứng tỏ hiệu suất tốt nhất cho đến nay.
( a ) Các cơ chế cụ thể của quá trình ủ bao gồm hiện tượng quang hóa, tán xạ electron-electron và electron-phonon, sắp xếp lại các nguyên tử và khuyết tật thụ động. (b) Ảnh TEM độ phân giải cao của (i) gốc-SnO 2 và (ii) PiP-SnO 2 . Nguồn: Nhà xuất bản Khoa học Trung Quốc
Tuy nhiên, các khuyết tật nội tại và khuyết tật bề mặt được hình thành không thể tránh khỏi trong SnO 2 trong quá trình CBD tạo ra các trạng thái bẫy lớn gần dải dẫn và dẫn đến sự tái hợp hạt mang ở bề mặt tiếp xúc SnO 2 /perovskite.
Có nhiều cách tiếp cận để thụ động hóa các khuyết tật trong SnO 2 , trong đó cách được sử dụng rộng rãi nhất là ủ nhiệt và sửa đổi bề mặt tiếp theo. Cả hai quá trình đều yêu cầu xử lý ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, tốn thời gian, tốn năng lượng và không phù hợp với chất nền dẻo.
Để đối phó với thách thức này, Trung tâm Sản xuất Laser Femto giây cho Vật liệu và Thiết bị Tiên tiến do Giáo sư Xuewen Wang (Phòng thí nghiệm trọng điểm Nhà nước về Công nghệ Tiên tiến về Tổng hợp và Xử lý Vật liệu, Đại học Công nghệ Vũ Hán) đã phát triển một cơ chế thụ động mới do quang kích thích (PiP) ) cho các ETL dựa trên hạt nano SnO 2 bằng cách sử dụng hệ thống ủ laser femto giây tự chế tạo với laser femto giây công suất cao và đầu quét đa giác.
"Tốc độ quét chùm tia laser có thể lên tới hơn 100 m/giây, đảm bảo ủ mẫu 5 cm × 5 cm trong 30 giây và mẫu 10 cm × 10 cm trong 60 giây, hiệu quả hơn nhiều so với gia nhiệt thông thường. kỹ thuật," Wang nói.
Các phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao của SnO 2 trước và sau PiP được thực hiện bởi Nianyao Chai và Ruohan Yu. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng quá trình PiP dẫn đến SnO 2 trải qua quá trình chuyển đổi từ pha vô định hình sang pha tinh thể, do đó cải thiện độ kết tinh của SnO 2 .
Các kỹ thuật mô tả đặc tính bề mặt và quang điện tử khác cũng cho thấy khả năng thụ động khuyết tật tốt hơn của màng SnO 2 sau khi xử lý Pip. Mai giải thích: “Quá trình PiP đạt được bằng cách kích thích cường độ cực nhanh sau khi lắng đọng năng lượng xung laser trong hàng chục femto giây, sau đó là các quá trình tán xạ electron-electron và electron-phonon”.
Nianyao Chai và Xiangyu Chen đã chứng minh tính tổng quát của kỹ thuật này và sự phù hợp của nó với các lớp hấp thụ perovskite khác nhau. Nhóm đã chế tạo hai PSC dựa trên perovskites tiêu biểu và đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) lần lượt là 24,14% và 22,75%. Để thể hiện khả năng chuyển kỹ thuật này sang các thiết bị có diện tích lớn hơn, nhóm nghiên cứu đã chế tạo các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite bao gồm sáu tế bào con được kết nối nối tiếp và thu được PCE là 20,26%.
"Kỹ thuật PiP của chúng tôi đã được chứng minh là một cách tiếp cận phổ quát và có thể mở rộng trong các loại PSC và PSM khác nhau, đồng thời cho thấy hiệu suất được nâng cao đáng kể cả về PCE và độ ổn định. Nghiên cứu này thiết lập một cách tiếp cận mới hướng tới thương mại hóa việc sản xuất PSC ở nhiệt độ thấp hiệu quả, " Vương nói.
Những phát hiện này được công bố trên tạp chí National Science Review .
