鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其超過26.7%的認證效率（PCE）和溶液加工優勢，成為光伏領域的研究焦點。電子傳輸層（ETL）作為電荷提取與電池穩定性的關鍵，其性能直接決定了電池效率。相較于傳統TiO?（需高溫燒結、紫外敏感性高），氧化錫（SnO?）ETL憑借其高透光率（可見光區>89%）、低溫工藝兼容性（<150°C）和優異能級匹配（ECB=?4.3 eV），成為優化PSCs性能的理想材料。本文借助美能鈣鈦礦在線透過率測試機對SnO?薄膜的精準光學表征，系統綜述 SnO? ETL 的關鍵特性、制備技術、性能優化策略來推動PSCs發展。

SnO?的核心優勢

Millennial Solar

• 能帶工程：

(a) 金紅石結構SnO?四方晶胞的鍵合幾何；(b) SnO?與鈣鈦礦材料相對于真空能級的能級對齊圖；(c) 以SnO?為電子傳輸層的標準電池結構示意圖

SnO?的四方金紅石結構具有直接帶隙（3.6–4.0 eV）。其導帶（~4.5 eV）低于鈣鈦礦（3.4–3.9 eV），形成階梯式能級排列，促進電子提取并抑制空穴復合。研究表明，SnO?鈣鈦礦異質結的內建電勢（0.94 V）高于TiO?基電池（0.89 V），顯著提升開路電壓（VOC）。

• SnO?的光電協同優勢：

(a) FTO基底上SnO?薄膜的透射光譜；(b) 二氧化硅玻璃基底上SnO?薄膜的透射光譜

光捕獲優化：SnO?在可見光區（400–800 nm）透光率高達89%，量子點膜更達95%，顯著減少入射光損失。相較于TiO?，其紫外吸收率降低30%，延緩了UV誘導的鈣鈦礦降解。能帶-光學協同：寬帶隙（3.6–4.0 eV）抑制寄生吸收，確保>90%光子抵達鈣鈦礦層。導帶位置（~4.5 eV）與鈣鈦礦（3.4–3.9 eV）形成“電子漏斗”，提升電荷分離效率。高電子遷移率（240 cm2·V?1·S?1）與透光率協同作用：

• 減少電阻損耗（Jsc提升≥2 mA/cm2）
• 降低界面復合（VOC增加>50 mV）

制備工藝

Millennial Solar

采用狹縫涂布SnO?電子傳輸層的大面積柔性鈣鈦礦太陽能電池（PSC）組件

• 溶液法：

旋涂：低成本主流工藝。SnCl?·2H?O前驅體經180°C退火形成SnO?膜，效率達20.06%。商業化膠體溶液（含KOH穩定劑）結合PEAI鈍化，效率突破23.32%。狹縫/刮刀涂布：適用于卷對卷生產。KOH處理ETL/鈣鈦礦界面，抑制滯后效應，柔性組件（16.07 cm2）效率達14.89%。

• 氣相沉積：

原子層沉積（ALD）：自限制表面反應實現原子級精度。低溫（<120°C）退火后SnO?基PSCs效率＞20%，VOC達1.23 V。

電子束蒸發制備Zn-SnO?薄膜的工藝與電池性能

濺射與蒸發：離子束濺射優化Ar/O?比例，效率20.2%；電子束蒸發Zn摻雜SnO?，效率提升至20.16%。

• 低溫工藝兼容性：

噴涂SnO?水溶膠在環境條件下實現17.78%效率，穩定性優于旋涂電池，凸顯大規模生產潛力。

性能優化策略

Millennial Solar

電子傳輸層界面調控對鈣鈦礦太陽能電池性能的影響(a) 能帶匹配與載流子動力學分析(b) KCl復合SnO? ETL的電池性能

• 摻雜改性：電荷傳輸優化

Cu 摻雜 SnO?（Cu-SnO?）通過調節導帶電子濃度，降低界面電阻（Rs）至 10 Ω?cm2，PCE 提升至 21.35%。Zn 摻雜抑制氧空位形成，使電子壽命從 100 ns 延長至 300 ns，電池在 85% 濕度下保持 97% 效率超 34 天。

• 表面鈍化：缺陷抑制關鍵

LiF 插入層通過偶極作用降低界面勢壘，使開路電壓（VOC）從 1.07 V 提升至 1.13 V。KCl 溶液處理引入 Cl?離子，鈍化 SnO?表面羥基（Sn-OH），非輻射復合減少 40%，PCE 突破22.2%。

鈣鈦礦/硅疊層電池中性能優勢

Millennial Solar

SnO?作為鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的獨特優勢特性

SnO? ETL在鈣鈦礦/硅疊層電池中展現出優異性能，例如通過平面SnO? ETL取代高溫TiO?，疊層電池的VOC提升至1.78 V，PCE達21.2%。未來研究需聚焦以下方向：

• 低溫規?；苽洌?/strong>開發適配柔性基底的超低溫沉積技術（<100°C）；
• 界面工程創新：設計新型鈍化層（如二維材料）以進一步抑制電荷復合；
• 疊層結構優化：結合鈣鈦礦與硅/鈣鈦礦子電池的能帶匹配，推動PCE突破30%。

氧化錫（SnO?）憑借其能帶可調性、低溫加工性與高透光率（>89%），已成為鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的核心電子傳輸層（ETL）材料。通過溶液/氣相沉積工藝優化與界面工程設計，電池效率突破26%，穩定性顯著提升。未來需聚焦缺陷抑制與大面積制備，推動PSCs產業化進程。

美能鈣鈦礦在線透過率測試機

Millennial Solar

鈣鈦礦太陽能電池的在線透過率檢測設備是一種實時監測鈣鈦礦薄膜、透明氧化玻璃或組件光學透過率的系統，用于優化工藝、確保均勻性并提升電池效率。

• 精確度高：測量精度達到0.01%，能提供精確的透射比數據
• 穩定性好：測量穩定性＜0.1%，在重復測試10次中能夠提供穩定的數據，保證了測試結果的可靠性
• 高效率與自動化：大面積掃描（如0.6m×1.2m基板）可在秒級完成

美能鈣鈦礦在線透過率測試機的高效掃描能力為SnO? ETL的大面積均勻性評估提供了產業化關鍵技術，其穩定性數據進一步驗證了SnO?基電池的長期可靠性。

原文參考：A review of coating tin oxide electron transport layer for optimizing the performance of perovskite solar cells

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。