Elektrodepositie van SnO2 op FTO en de toepassing ervan in planaire heterojunctie perovskiet-zonnecellen als een elektronentransportlaag

Abstract

We rapporteren de prestaties van perovskiet-zonnecellen (PSC's) met een elektronentransportlaag (ETL) bestaande uit een SnO₂ dunne film verkregen door elektrochemische afzetting. De oppervlaktemorfologie en dikte van het elektrolytisch afgezet SnO₂ films waren nauw gerelateerd aan elektrochemische procesomstandigheden, d.w.z. de aangelegde spanning, badtemperatuur en depositietijd. We hebben de prestaties van PSC's onderzocht op basis van de SnO₂ films. Opmerkelijk is dat de experimentele factoren die nauw verband houden met de fotovoltaïsche prestaties sterk werden beïnvloed door de SnO₂ ETL's. Ten slotte, om de fotovoltaïsche prestaties te verbeteren, zijn de oppervlakken van de SnO₂ films werden enigszins aangepast door TiCl₄ hydrolyse. Dit proces verbetert de ladingsextractie en onderdrukt ladingsrecombinatie.

Achtergrond

Zonnecelapparaten op basis van organometaalhalogenide-perovskietmaterialen hebben in een korte tijdspanne van zes jaar ongekende prestaties geleverd, en organometaalhalogenide-perovskiet-zonnecellen (PSC's) zijn veelbelovend als betaalbare alternatieve zonnecellen met een hoog stroomconversierendement (PCE) [1,2, 3]. De grote belangstelling voor deze nieuwe klasse van zonnecellen is te danken aan hun hoge absorptiecoëfficiënt, ambipolair ladingstransport, kleine excitonbindingsenergie en lange diffusielengte [4,5,6]. Ondanks deze uitstekende eigenschappen hebben PSC's verschillende nadelen. De belangrijkste hiervan zijn de gevoeligheid van perovskietmaterialen voor vocht, warmte en UV-straling. Om deze nadelen aan te pakken, is gevonden dat het toevoegen van formamidinium en/of een anorganisch kation (Cs of Rb) aan een methylammoniumkation de stabiliteit tegen deze omgevingsfactoren verbetert [3], en de duurzaamheid van PSC's hangt dus af van zowel de apparaatconfiguratie (nip, pin) en de metaaloxide halfgeleiders [7]. Over het algemeen is TiO₂ materialen worden veel gebruikt in PSC's als elektronentransportlagen (ETL's) in de nip-apparaatconfiguratie vanwege hun grote bandafstand en banduitlijning, en zeer efficiënte PSC's worden gerealiseerd met behulp van TiO₂ ETL's [8]. Hoewel PSC's met TiO₂ ETL's vertonen opmerkelijke efficiëntie, de UV-gevoeligheid en elektronische eigenschappen van TiO₂ zijn voorgesteld als doelen voor verbetering om de hysteresis te verminderen en duurzame PSC's te verkrijgen [9]. In het bijzonder, Heo et al. meldde dat Li-doping de mobiliteit en geleidbaarheid van TiO₂ . kan verbeteren en dus PSC's opleveren zonder significante hysterese [10]. Ito et al. meldde dat toen TiO₂ in een PSC wordt blootgesteld aan UV-straling, elektronen worden geëxtraheerd aan de TiO₂ /perovskiet-interface, waardoor het perovskiet-materiaal wordt aangetast [11].

Stannioxide (SnO₂ ) is uitgebreid bestudeerd voor diverse toepassingen zoals batterijen, gassensoren [12], zonnecellen [13] en katalysatoren. Het wordt beschouwd als een veelbelovende kandidaat voor gebruik als transparant geleidend materiaal en foto-elektrode in fotovoltaïsche apparaten. Er is onlangs veel aandacht besteed aan de toepassing ervan in PSC's als een alternatieve ETL met als doel de prestaties van het apparaat en de lichtstabiliteit te verbeteren, omdat het een grotere bandafstand heeft (~ 3,6 eV bij 300 K), een hogere elektrische geleidbaarheid en een grotere chemische stabiliteit dan TiO₂ halfgeleiders [2]. Diverse synthetische routes naar SnO₂ , waaronder sol-gel-methoden [14], gesmolten-zoutsynthese [15], microgolftechnieken [16], atomaire laagafzetting (ALD) en elektrochemische depositie (ED) [17,18,19,20] ontwikkeld. ALD- en spin-coating-oplossingsprocessen zijn de dominante methoden voor het vervaardigen van SnO₂ ETL's in PSC's [21,22,23]. De fabricage van ETL's in fotovoltaïsche apparaten is van het grootste belang voor het beperken van de productiekosten vanwege de vereisten voor de productie ervan, zoals thermische behandeling, meerdere verwerkingsstappen, bedieningscontrole en schaalbare verwerking.

Hier rapporteren we over de synthese en ETL-toepassing van SnO₂ dunne films op met fluor gedoteerd tinoxide (FTO) door ED. Van de beschikbare methoden heeft elektrodepositie de voordelen van lagere productiekosten en grootschalige productie omdat er geen vacuümomgeving of complexe bedieningscontrole voor nodig is. Aangezien perovskietmaterialen geschikt zijn voor roll-to-roll fabricage, de toepassing van elektrodepositie om SnO₂ te verkrijgen ETL's demonstreren niet alleen een eenvoudige, kosteneffectieve en schaalbare strategie voor alternatieve ETL's, maar vergemakkelijken ook de ontwikkeling van een continu roll-to-roll-proces voor industriële toepassing van PSC's.

Methoden

Voorbereiding van SnO₂ Filmpje

Een chronovoltammetrietechniek (VSP 200, Biologisch) werd gebruikt voor ED van Sn-nanobolletjes op een FTO-substraat met behulp van een standaard drie-elektrodensysteem in een gedeïoniseerd wateroplossing (50 ml) met 0,05 M SnCl₂ ∙2H₂ O [tinchloride (Π), Sigma Aldrich] en 1 ml salpeterzuur (HNO₃ , Samchun Chemical). De nanobolletjes werden vervolgens gedurende 30 minuten thermisch behandeld in lucht bij 400 °C om SnO₂ te verkrijgen . De waterige oplossing werd 1 uur bij 60°C op een hete plaat geroerd. Na N₂ spoelen gedurende 10 minuten, werd de oplossing gebruikt voor elektrodepositie. In het standaard drie-elektrodesysteem werd FTO gebruikt als werkelektrode en een platinaplaat als tegenelektrode. De referentie-elektrode was een Ag/AgCl-elektrode (CHI111) in 1 M KCl-oplossing.

Apparaatfabricage

De voorbereide SnO₂ dunne films op FTO (TEC 8) werden gebruikt bij de fabricage van PSC's. De perovskietlaag werd in twee stappen verwerkt. Een mengsel van PbI₂ (99,999%, Aldrich) en PbCl₂ (99,999%, Aldrich) werd opgelost in N , N -dimethylformamide en geroerd bij 60°C. De molaire verhouding van de voorloperoplossing (PbI₂ :PbCl₂ ) was 1:1 (1 M). De PbI₂ / PbCl₂ oplossing werd spin-coated op de SnO₂ -gecoate FTO bij 5000 tpm gedurende 30 s in een handschoenenkastje en gedroogd op een kookplaat bij 70 °C. Om het om te zetten in een perovskietmateriaal, werd 120 μL methylammoniumjodide-oplossing (40 mg/ml) geladen bij 0 tpm gedurende 35 s en vervolgens gecentrifugeerd bij 3500 tpm gedurende 20 s; het monster werd vervolgens isotherm gegloeid bij 105 ° C gedurende 75 minuten in de omgevingsomgeving. Na het uitgloeien werden de films in N₂ . in het handschoenenkastje geplaatst atmosfeer, en een gatentransporterend materiaal (HTM) werd spin-coated op de MAPbI_3-x Cl_x /SnO₂ /FTO-film bij 3000 tpm gedurende 30 s. Poly[bis(4-fenyl)(2,4,6-trimethylfenyl)amine] (EM Index)-oplossing (20 mg/1 ml) werd gebruikt als HTM met 15 μL Li-bis(trifluormethaansulfonyl)imide)/acetonitril (170 mg/1 ml) en 15 μL tert-butylpyrridine. Tenslotte werd Au afgezet via thermische verdamping. TiCl₄ hydrolysebehandeling werd toegepast door het elektrolytisch afgezette SnO₂ . onder te dompelen films in een 40 mM TiCl₄ oplossing bij 70 °C gedurende 30 minuten en drogen bij 150 °C aan de lucht.

Karakterisering

Cyclische voltammetrie (CV, scansnelheid 50 mV/s) metingen werden gedaan om het elektrochemische gedrag van de SnCl₂ te bevestigen ∙2H₂ O-oplossing van -1,5 tot 2 V. De kristallijne structuur van de monsters werd gekenmerkt door röntgendiffractie (XRD, Rigaku, Dmax 2200, Cu Kα) en röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS, ULVAC-PHI 5000, VersaProbe II) . De morfologieën van de monsters werden waargenomen door veldemissie scanning elektronenmicroscopie (SEM, Hitachi S4800). De J –V curven van de PSC's werden verkregen met behulp van een elektrochemisch station (VSP200, Bio-Logic) onder 100 mW/cm² AM 1.5G-lamp (Sun 3000 klasse AAA, ABET-technologie) met een metalen masker 0,098 cm² in de buurt. Apparaten zijn gescand met een scansnelheid van 20 mV/s. CV-metingen van het blokkerende laageffect werden uitgevoerd met behulp van een opstelling met drie elektroden na 10 minuten spoelen met stikstof. De waterige elektrolyt bevatte 0,5 M KCl en het elektronen-redoxpaar K₄ [Fe(II)(CN)₆ ]/K₃ [Fe(III)(CN)₆ ] bij een concentratie van 5 mM. Een Ag/AgCl-elektrode werd gebruikt voor de referentie-elektrode en een Pt-draad werd gebruikt voor de tegenelektrode; de scansnelheid was 50 mV/s. Een Oriel-gekalibreerde Si-zonnecel (SRC-1000-TC-KG5-N) werd gebruikt om de lichtintensiteit aan te passen aan één-zonverlichting. De externe kwantumefficiëntie (EQE) werd gemeten met behulp van een Ivium-potentiostaat en een monochromator (DongWoo Optron Co., Ltd.) onder een lichte ondersteuning (ABET 150 W xenonlamp, ABET Technology). EQE-gegevens werden verkregen in DC-modus. Fotoluminescentie (PL) spectra werden gemeten met behulp van een luminescentiespectrometer (LS 55, PerkinElmer) met excitatie bij 530 nm. De intensiteit-gemoduleerde fotostroom en fotospanning werden gemeten door een Ivium-potentiostaat met een Modullight LED (Ivium).

Resultaten en discussie

We hebben CV-metingen uitgevoerd van de SnCl₂ ∙2H₂ O oplossing om geschikte potentiële waarden te identificeren. Figuur 1a toont de CV-curve, die werd gescand van 2,0 tot -1,2 V. Alle potentiële waarden werden geregistreerd met betrekking tot de referentie-elektrode (Ag/AgCl). Zoals getoond in Fig. 1a, werd een toename van de kathodische stroom waargenomen van -0,5 tot -1,2 V. Over het algemeen, wanneer de spanning in een CV-experiment van positieve naar negatieve spanning wordt geveegd, neemt de stroom eerst toe vanwege een elektrochemische reactie op het oppervlak van de werkelektrode en neemt vervolgens af als gevolg van lokale uitputting van de chemische soorten in de buurt van de werkelektrode.

(een ) CV-curve gemeten met een scansnelheid van 50 mV/s en (b ) XRD-patronen van elektrolytisch afgezet SnO₂

Op basis van het CV-resultaat voerden we ED uit met behulp van een chronovoltammetrie-techniek. Merk op dat de fase van de afzettingen afhangt van de concentratieverhouding van [HNO₃ ] tot [Sn²⁺ ] omdat salpeterzuur in de fase [24] als zuurstofbron fungeert. De aanwezigheid van HNO₃ (zoals geïdentificeerd in het XRD-patroon, Fig. 1b) vergemakkelijkte het genereren van een SnO₂ –Sn co-fase. Dit wordt SnO₂ . genoemd –Sn nanosferen om het te onderscheiden van pure SnO₂ . Afbeelding 2 toont SEM-beelden van de SnO₂ –Sn nanosferen afgezet op FTO-substraten met verschillende potentiële waarden (−0,5, −0,6, −0,7, −0,8, −0,9 en −1 V). We ontdekten dat de aangelegde spanning een zeer belangrijke parameter is in het elektrodepositieproces, aangezien de morfologieën van de afzettingen dramatisch verschillend waren. Voor relatief lage absolute potentialen (−0,5 en −0,6 V), weinig SnO₂ -Sn nanosferen gevormd. Aan de andere kant was de FTO bedekt met Sn met onregelmatige vormen bij −0,9 en −1 V. Hoewel vergelijkbare SnO₂ –Sn nanosfeervorming vond plaats bij −0,7 en −0,8 V, de uniformiteit was beter bij −0,7 V. Als resultaat van deze waarnemingen werd −0,7 V gekozen als een geschikte potentiaal voor elektrodepositie van SnO₂ –Sn nanosferen.

SEM-afbeeldingen van bovenaf van SnO₂ films elektrolytisch afgezet bij verschillende aangelegde spanningen. (een ) − 0,5 V, (b ) −0,6 V, (c ) −0,7 V, (d ) −0,8 V, (e ) −0,9 V, en (f ) −1,0 V vs. Ag/AgCl. Schaalbalk is 1 μm

Een potentiaal van -0,7 V werd ook gebruikt om de afzettingstijd te optimaliseren in het bereik van 150 tot 210 s. Figuur 3 toont SEM-afbeeldingen van monsters die zijn verkregen op verschillende afzettingstijden en de bijbehorende apparaatprestaties. Minder deeltjes gevormd bij 150 s dan bij 180 s. Voor een langere depositietijd (210 s), aggregatie van SnO₂ –Sn nanosferen werd bevestigd. Om de fotovoltaïsche prestaties van PSC's te evalueren met de elektrolytisch aangebrachte SnO₂ films, de SnO₂ –Sn-nanosfeerfilms werden gedurende 30 min thermisch behandeld in lucht bij 450 °C om volledig geconverteerde SnO₂ te verkrijgen films. Een CH₃ NH₃ PbI_3-x Cl_x perovskietlaag werd gefabriceerd via een PbICl-zaadlaag-geassisteerd interdiffusieproces. Details worden gegeven in het experimentele gedeelte. Zoals getoond in Fig. 3e, f, voor een depositietijd van 150 s, is de kortsluitstroomdichtheid (J _sc ), nullastspanning (V _oc ), vulfactor (FF) en PCE (%) waren 17,84 mA/cm² , 1,03, 0,496 en 9,11% respectievelijk. Toen de depositietijd toenam van 150 naar 180 s, J _sc verbeterd, en een hogere PCE van 10,0 werd verkregen. Het gebruik van een depositietijd van 210 s had vooral invloed op de J _sc en FF-waarde, wat leidt tot een lagere PCE van 8,22. Om meer inzicht te krijgen in parasitaire weerstanden, hebben we serieweerstand berekend (R _s ) en shuntweerstand (R _sh ) van de J–V bochten. R _s waarden zijn 10,4, 5,2 en 12,5 (ohm cm² ); R _sh waarden zijn 194,9, 558,5 en 167,1 (ohm cm² ) voor de tijd van respectievelijk 150, 180 en 210 s. De berekende parasitaire weerstanden verklaren de prestaties van het apparaat tijdens bedrijf verkregen uit verschillende elektrochemische afzettingscondities. Zoals getoond in het SEM-beeld in Fig. 3d, is de slechte morfologie van de SnO₂ film met een afzettingstijd van 210 s zal naar verwachting de overdracht van lading tussen CH₃ belemmeren NH₃ PbI_3-x Cl_x en FTO, wat resulteert in een verminderde J _sc .

Bovenaanzicht SEM-afbeeldingen van substraten voor verschillende afzettingstijd. (een ) Blote FTO en SnO₂ films gedeponeerd voor (b ) 150 s, (c ) 180 s, en (d ) 210 s. Overeenkomstige fotovoltaïsche prestaties:(e ) J –V curven en (f ) fotovoltaïsche parameters van PSC's met elektrolytisch afgezet SnO₂ ETL. Schaalbalk is 1 μm

Aangezien het elektrodepositieproces afhankelijk is van de ionenmobiliteit in een elektrolytoplossing, hebben we ook het effect van temperatuur op de morfologie van de films onderzocht. Figuur 4 toont SEM-beelden in bovenaanzicht van films die zijn afgezet bij verschillende badtemperaturen met −0,7 V gedurende 180 s. Zoals verwacht, is de oppervlaktemorfologie van de SnO₂ –Sn nanosferen bereid bij verschillende badtemperaturen varieert. De grootte, ruwheid en dikte van de nanosfeer lijken te worden beïnvloed, aangezien de migratie van Sn²⁺ ionen werd versterkt bij hogere temperatuur. De fotovoltaïsche efficiëntie van PSC's vervaardigd met behulp van deze films wordt vergeleken in Fig. 4e, f. Een fijnere SnO₂ film levert betere prestaties, en de optimale efficiëntie werd verkregen voor de film afgezet bij 60 ° C. De SnO₂ filmmorfologie zal naar verwachting de PSC-prestaties aanzienlijk beïnvloeden, omdat vlakke PSC's een directe interface hebben tussen de ETL en de perovskietlaag. De verbeterde conformiteit zou kunnen resulteren in een goed contact dat een verbeterd elektronentransport mogelijk maakt [25]. De SEM-afbeeldingen van perovskietlaag vervaardigd uit verschillende ETL's werden verstrekt in ondersteunende informatie (SI) Aanvullend bestand 1:figuur S1.

SEM-afbeeldingen van bovenaf van SnO₂ films elektrolytisch afgezet bij verschillende badtemperaturen. (een ) RT, (b ) 40 °C, e(c ) 60 °C, en (d ) 70 °C. Overeenkomstige fotovoltaïsche prestaties:(e ) J –V curven en (f ) fotovoltaïsche parameters van PSC's met elektrolytisch afgezet SnO₂ ETL. Schaalbalk is 1 μm

Om het effect van temperatuur op de morfologie verder te onderzoeken met betrekking tot het blokkerende effect van het elektrolytisch afgezet SnO₂ films, hebben we CV-metingen uitgevoerd in een waterige elektrolyt die [Fe(CN)₆ . bevat ]³⁻ /[Fe(CN)₆ ]⁴⁻ omdat de redoxreactie afhankelijk is van ladingsoverdracht tussen de FTO en de elektrolyt [26]. De kinetiek van elektronenoverdracht kan worden geïnterpreteerd door de scheiding van de piekpotentialen en piekstroom van een redoxsysteem uit de CV-curven te extraheren. Als de redoxreactie tussen [Fe(CN)₆ ]³⁻ /[Fe(CN)₆ ]⁴⁻ ionen wordt gehinderd door de SnO₂ laag, de geoxideerde en gereduceerde vormen van het redox-paar vertonen piekpotentialen die worden verschoven van de controle op blote FTO en semi-reversibel worden; bijgevolg zal de piekstroomdichtheid worden verminderd [27]. Figuur 5a toont de CV-curven van kale FTO en de SnO₂ films. De CV-curve van kale FTO toont duidelijk een omkeerbare redoxreactie, wat wijst op een lagere barrière voor elektronenoverdracht. Daarentegen is de FTO met elektrolytisch afgezet SnO₂ vertoont een grotere piek-tot-piek scheiding (ΔE _p ) van de kathodische en anodische piekpotentialen vergeleken met die van kale FTO. De ΔE _p waarden van films afgezet bij kamertemperatuur (RT), 40, 60 en 70 ° C zijn respectievelijk 125, 175, 207 en 230 mV. Dit geeft aan dat de kinetiek van de redoxreactie wordt veranderd door het blokkerende effect van de SnO₂ films. De ladingsoverdracht bij de FTO wordt daarentegen sterk onderdrukt door de film die wordt afgezet bij 70 °C, wat impliceert dat de SnO₂ wordt dicht op de FTO afgezet. De dikke SnO₂ film kan leiden tot minder effectief en langzamer elektronentransport, wat een negatief effect heeft op de fotovoltaïsche prestaties. De kathodische piekstroom (I _p ) van de films nam af met toenemende badtemperatuur, wat aangeeft dat de FTO-dekking was verbeterd.

Diverse analyses voor de films. (een ) CV-curven in redox-oplossingssysteem en (b ) transmissiespectra van kale FTO en SnO₂ films elektrolytisch afgezet bij verschillende badtemperaturen in een redox-oplossingssysteem. (c ) XPS Sn 3d-spectrum van thermisch behandeld SnO₂ film

Op basis van de CV-resultaten en SEM-beelden zouden we kunnen speculeren dat de FTO-elektrode bij lage temperatuur bedekt is met minder nanodeeltjes; daarom concluderen we dat de SnO₂ film vervaardigd bij 60 ° C heeft een geschikte dikte en morfologie voor gebruik in PSC's en heeft een dominant effect op de prestaties van het apparaat. De optische transmissie van de SnO₂ films worden ook vergeleken (figuur 5b). Naarmate de badtemperatuur stijgt van RT tot 60 °C, neemt de transmissie van de SnO₂ films is verbeterd in vergelijking met die van FTO. Bij een hoge badtemperatuur van 70 °C is de transmissie lager dan die van FTO, wat wordt toegeschreven aan de toegenomen filmdikte, zoals blijkt uit het SEM-beeld.

XPS werd uitgevoerd om de samenstelling van de elektrolytisch afgezette films te meten. Het XPS-spectrum van de thermisch behandelde SnO₂ film wordt getoond in Fig. 5c. Sn 3d_5/2 en Sn 3d_3/2 pieken bij bindingsenergieën van respectievelijk 486,6 en 495 eV werden waargenomen, terwijl de film zonder warmtebehandeling Sn 3d_5/2 vertoonde en Sn 3d_3/2 pieken bij respectievelijk 484,8 en 493,2 eV (SI, aanvullend bestand 1:figuur S2) [21]. De SnO₂ film wordt duidelijk verkregen door warmtebehandeling.

Aan de andere kant, hoewel SnO₂ elektrodepositie biedt een veelzijdige en goedkope route naar schaalbare productiesystemen [28], de aangetoonde fotovoltaïsche prestaties van de elektrolytisch gedeponeerde SnO₂ films is niet indrukwekkend. Om de apparaatprestaties te verbeteren, TiCl₄ behandeling werd gebruikt om de SnO₂ . te wijzigen oppervlakte. Zoals getoond in Fig. 6a, is het apparaat gebaseerd op SnO₂ zonder TiCl₄ behandeling toont een J _sc waarde van 18,12 mA/cm² , een V _oc waarde van 1,04 V, een FF van 57,3% en een PCE van 10,83%. Ter vergelijking:het apparaat op basis van SnO₂ met TiCl₄ behandeling (SnO₂ –TiCl₄ ) vertoont een J _sc waarde van 18,65 mA/cm² , een V _oc waarde van 1,02 V, een FF van 79,1% en een PCE van 14,97% (een verbetering van 38%). De efficiëntieverbetering wordt voornamelijk toegeschreven aan de verbeterde J _sc en FF.

Celprestaties met IPCE- en PL-gegevens. (een ) J –V curven en (b ) EQE-spectra van PSC-apparaten op basis van SnO₂ en SnO₂ –TiCl₄ . (c ) Steady-state PL-spectra van FTO/SnO₂ /perovskite en FTO/SnO₂ -TiCl₄ /perovskiet monsters. (d ) Recombinatietijd versus stroomdichtheid

Om het mechanisme te begrijpen waarmee TiCl₄ behandeling verbetert de J _sc waarde hebben we de EQE gemeten (Fig. 6b). De EQE van de SnO₂ –TiCl₄ apparaat laat een stijging zien van 17,8 naar 18,6 mA/cm² in het gehele golflengtegebied. De verbetering in de EQE na TiCl₄ behandeling komt goed overeen met de verbeterde J _sc in de J –V curven, wat een efficiënte ladingverzameling impliceert. Verwacht wordt dat de EQE-verbetering afkomstig zal zijn van een betere injectie van elektronen op de ETL's/perovskiet-interface [29, 30]. Om de elektroneninjectie verder te onderzoeken, werd de steady-state PL gemeten voor substraten met beide ETL's. Afbeelding 6c toont de PL-spectra van de FTO/SnO₂ /perovskite en FTO/SnO₂ –TiCl₄ /perovskiet monsters. Vergeleken met de SnO₂ -gebaseerde film, de SnO₂ –TiCl₄ -gebaseerde film vertoonde een verminderde PL-intensiteit, wat aangeeft dat de elektronenoverdracht van de perovskiet naar de ETL werd verbeterd door TiCl₄ behandeling omdat de PL-emissie van de perovskietlaag wordt gedoofd door contact. Mogelijk is de verbeterde elektroneninjectie in ETL's met TiCl₄ behandeling verbeterde de EQE. Om de verbeterde prestaties van de SnO₂ . verder te onderzoeken –TiCl₄ -gebaseerd apparaat, intensiteit-gemoduleerde fotospanningsspectroscopie (IMVS, aanvullend bestand 1:figuur S3) werd uitgevoerd om de recombinatietijd te karakteriseren (τ _r ) (Fig. 6d). De recombinatie levensduur is afhankelijk van de concentratie van ladingsdragers in de zonnecel. De recombinatietijd wordt dus beïnvloed door de stroomdichtheid, die wordt gemoduleerd door de lichtintensiteit te variëren. De carrier-recombinatietijd voor de SnO₂ –TiCl₄ -gebaseerd apparaat was 1,17 keer langer dan dat van de SnO₂ gebaseerde apparaten. De langere tijdconstante voor recombinatie zal naar verwachting een toename van J . opleveren _sc , FF en betere apparaatprestaties [31, 32]. De apparaatstatistieken (30 voorbeelden voor elk) werden geleverd in Aanvullend bestand 1:Afbeelding S4.

Conclusies

Samenvattend hebben we een veelzijdige en schaalbare elektrodepositietechniek gedemonstreerd om een SnO₂ . te verkrijgen ETL voor vlakke heterojunctie PSC's. De eigenschappen van de elektrolytisch aangebrachte SnO₂ sterk afhankelijk van de depositietijd, elektrolytbadtemperatuur en aangelegde spanning. Bovendien kunnen apparaten op basis van SnO₂ behandeld met TiCl₄ toonde significant verbeterde V _oc en J _sc , wat leidt tot een PCE-verbetering van 42%.