鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其超過26.7%的認(rèn)證效率（PCE）和溶液加工優(yōu)勢，成為光伏領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。電子傳輸層（ETL）作為電荷提取與電池穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其性能直接決定了電池效率。相較于傳統(tǒng)TiO?（需高溫?zé)Y(jié)、紫外敏感性高），氧化錫（SnO?）ETL憑借其高透光率（可見光區(qū)>89%）、低溫工藝兼容性（<150°C）和優(yōu)異能級(jí)匹配（ECB=?4.3 eV），成為優(yōu)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(jī)對(duì)SnO?薄膜的精準(zhǔn)光學(xué)表征，系統(tǒng)綜述 SnO? ETL 的關(guān)鍵特性、制備技術(shù)、性能優(yōu)化策略來推動(dòng)PSCs發(fā)展。

SnO?的核心優(yōu)勢

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• 能帶工程：

(a) 金紅石結(jié)構(gòu)SnO?四方晶胞的鍵合幾何；(b) SnO?與鈣鈦礦材料相對(duì)于真空能級(jí)的能級(jí)對(duì)齊圖；(c) 以SnO?為電子傳輸層的標(biāo)準(zhǔn)電池結(jié)構(gòu)示意圖

SnO?的四方金紅石結(jié)構(gòu)具有直接帶隙（3.6–4.0 eV）。其導(dǎo)帶（~4.5 eV）低于鈣鈦礦（3.4–3.9 eV），形成階梯式能級(jí)排列，促進(jìn)電子提取并抑制空穴復(fù)合。研究表明，SnO?鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的內(nèi)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(xié)同優(yōu)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(yōu)化：SnO?在可見光區(qū)（400–800 nm）透光率高達(dá)89%，量子點(diǎn)膜更達(dá)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(dǎo)的鈣鈦礦降解。能帶-光學(xué)協(xié)同：寬帶隙（3.6–4.0 eV）抑制寄生吸收，確保>90%光子抵達(dá)鈣鈦礦層。導(dǎo)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(xié)同作用：

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

制備工藝

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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(qū)體經(jīng)180°C退火形成SnO?膜，效率達(dá)20.06%。商業(yè)化膠體溶液（含KOH穩(wěn)定劑）結(jié)合PEAI鈍化，效率突破23.32%。狹縫/刮刀涂布：適用于卷對(duì)卷生產(chǎn)。KOH處理ETL/鈣鈦礦界面，抑制滯后效應(yīng)，柔性組件（16.07 cm2）效率達(dá)14.89%。

• 氣相沉積：

原子層沉積（ALD）：自限制表面反應(yīng)實(shí)現(xiàn)原子級(jí)精度。低溫（<120°C）退火后SnO?基PSCs效率＞20%，VOC達(dá)1.23 V。

電子束蒸發(fā)制備Zn-SnO?薄膜的工藝與電池性能

濺射與蒸發(fā)：離子束濺射優(yōu)化Ar/O?比例，效率20.2%；電子束蒸發(fā)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(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)17.78%效率，穩(wěn)定性優(yōu)于旋涂電池，凸顯大規(guī)模生產(chǎn)潛力。

性能優(yōu)化策略

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電子傳輸層界面調(diào)控對(duì)鈣鈦礦太陽能電池性能的影響(a) 能帶匹配與載流子動(dòng)力學(xué)分析(b) KCl復(fù)合SnO? ETL的電池性能

• 摻雜改性：電荷傳輸優(yōu)化

Cu 摻雜 SnO?（Cu-SnO?）通過調(diào)節(jié)導(dǎo)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(guān)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(fù)合減少 40%，PCE 突破22.2%。

鈣鈦礦/硅疊層電池中性能優(yōu)勢

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SnO?作為鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的獨(dú)特優(yōu)勢特性

SnO? ETL在鈣鈦礦/硅疊層電池中展現(xiàn)出優(yōu)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(dá)21.2%。未來研究需聚焦以下方向：

• 低溫規(guī)?；苽洌?/strong>開發(fā)適配柔性基底的超低溫沉積技術(shù)（<100°C）；
• 界面工程創(chuàng)新：設(shè)計(jì)新型鈍化層（如二維材料）以進(jìn)一步抑制電荷復(fù)合；
• 疊層結(jié)構(gòu)優(yōu)化：結(jié)合鈣鈦礦與硅/鈣鈦礦子電池的能帶匹配，推動(dòng)PCE突破30%。

氧化錫（SnO?）憑借其能帶可調(diào)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(yōu)化與界面工程設(shè)計(jì)，電池效率突破26%，穩(wěn)定性顯著提升。未來需聚焦缺陷抑制與大面積制備，推動(dòng)PSCs產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

美能鈣鈦礦在線透過率測試機(jī)

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鈣鈦礦太陽能電池的在線透過率檢測設(shè)備是一種實(shí)時(shí)監(jiān)測鈣鈦礦薄膜、透明氧化玻璃或組件光學(xué)透過率的系統(tǒng)，用于優(yōu)化工藝、確保均勻性并提升電池效率。

• 精確度高：測量精度達(dá)到0.01%，能提供精確的透射比數(shù)據(jù)
• 穩(wěn)定性好：測量穩(wěn)定性＜0.1%，在重復(fù)測試10次中能夠提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，保證了測試結(jié)果的可靠性
• 高效率與自動(dòng)化：大面積掃描（如0.6m×1.2m基板）可在秒級(jí)完成

美能鈣鈦礦在線透過率測試機(jī)的高效掃描能力為SnO? ETL的大面積均勻性評(píng)估提供了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，其穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)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

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