近日，我院吴季怀教授课题组在《Research》（科学研究）期刊上发表了重要研究成果：High-Performance and Hysteresis-Free Perovskite Solar Cells Based on Rare-Earth-Doped SnO2 Mesoporous Scaffold（基于稀土离子掺杂自组装SnO2介孔电子传输层的无迟滞高效率钙钛矿太阳能电池，DOI: 10.34133/2019/4049793）。该论文的通讯作者为我校我院吴季怀教授，第一作者为我校我院2017级博士研究生郭琪瑶，华侨大学为该论文的第一通讯单位。
《Research》（科学研究）由中国科协和美国科学促进会共同打造，于2018年正式创刊，是《Science》自创建以来第一本进行海外合作的期刊（Science Partner Journal，SPJ）。
作为新一代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池（PSCs）以其优越的性能引起学术界产业界的高度关注。其光电转换效率（PCE）从2009年刚出现时的3.8%到目前的超过25%，发展速度超过任何一种太阳能电池。SnO2作为一种常见的电子传输材料，电子迁移率较高、对紫外光不敏感、能级结构与钙钛矿材料匹配，是一种很有希望的电子传输材料。然而目前使用SnO2的钙钛矿电池的光电转换效率不高，特别是对于介多孔结构的钙钛矿太阳电池，其最高效率为17%左右。
图1(a) 电池能及排列 (b) J-V曲线图 (c) 电池横截面SEM图 (d) 电池器件结构示意图以及SnO2纳米团簇示意图
在这项工作中，通过水热法成功合成出高比表面积钇离子（Y）掺杂的单分散SnO2纳米团簇，并将其成功应用到PSC介孔ETL中。纳米团簇的引入以及后续稀土离子的掺杂促进了钙钛矿晶体致密以及垂直分布的生长，助力电子传输层/钙钛矿层更好的界面接触。一系列光电化学表征还表明，稀土离子掺杂剂可优化能级排列，降低电荷载流子的传输阻力并显著钝化电池内部缺陷。结果表明，经过3% Y离子优化的PSC表现出20.63%的PCE，高于之前基于介孔SnO2结构PSC的效率报道，没有滞后现象，与空白组平面SnO2的器件相比，PCE提高了19.87%。此外，实验器件还显示出卓越的全光谱光照稳定性，证明稀土离子掺杂是提高SnO2基PSC光伏性能以及稳定性的高效、低成本的新颖策略。
该研究项目得到了国家自然科学基金和华侨大学研究生创新基金的支持
文章链接：https://spj.sciencemag.org/research/2019/4049793
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