反应等离子体沉积二氧化锡电子传输层及其在钙钛矿太阳电池中的应用*

韩晓静 杨静 张佳莉 刘冬雪 石标 王鹏阳 赵颖 张晓丹

1) (中国长江三峡集团有限公司,科学技术研究院,北京 100038)

2) (南开大学,光电子薄膜器件与技术研究所,太阳能转换中心,天津 300350)

3) (天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室,天津 300350)

4) (薄膜光电子技术教育部工程研究中心,天津 300350)

5) (化学科学与工程协同创新中心,天津 300072)

6) (南开大学,可再生能源转换与储存中心,天津 300072)

电子传输层对于钙钛矿太阳电池的光电转换效率和稳定性十分重要,二氧化锡是高效钙钛矿太阳电池中常见的电子传输层,具有良好的载流子提取和传输能力,但是基于溶液法制备二氧化锡在空气中高温退火时表面产生大量缺陷,降低薄膜的电学性能,而且溶液法不利于大面积制备.本文采用反应等离子体沉积法制备二氧化锡薄膜,通过调控辉光时间和工作电流优化薄膜性能,将其应用于小面积正式钙钛矿太阳电池中,实现了21.24%的效率.另外,通过引入异辛酸亚锡和二氧化锡结合作为双电子传输层改善器件的迟滞,电池开路电压从1.11 V 提高到1.15 V,效率从21.27%提升至22.15%,迟滞因子从24.04%降低到3.69%.本工作开发了新的制备方法和有效的优化策略来制备二氧化锡电子传输层,推动了平面异质结钙钛矿太阳电池的发展,为制备高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了新的研究思路和方法.

1 引言

自2009 年Miyasaka 课题组[1]首次将甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿用作染料敏化太阳电池的光吸收材料实现了3.8%的光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)以来,具有高光吸收系数、较长的载流子扩散长度、光学带隙可调、可溶液制备、工艺及器件结构简单以及成本较低等优势的钙钛矿太阳电池(perovskite solar cells,PSCs)得到广泛研究[2,3],目前最高效率达到26.1%[4].优异的光电性能使钙钛矿太阳电池具有巨大的发展潜力和应用前景.

在钙钛矿太阳电池发展前期,电子传输层(electron transfer layers,ETLs)常用的材料是二氧化钛(TiO2),但是由于TiO2存在一些不足,如电子迁移率不够高和光不稳定性,它会对紫外照射下的器件稳定性产生负面影响[5].且TiO2与钙钛矿界面处容易积累大量电荷导致电荷的非辐射复合[6],因此大量学者进行了许多研究实验来寻找替代TiO2的材料.二氧化锡(SnO2)作为电子传输层与TiO2的性质非常相似,成为近年来高效钙钛矿太阳电池中最常用的电子传输层[7,8],SnO2是一种直接带隙半导体材料,带隙介于3.5—4.0 eV 之间,由于制备条件的差异,带隙会有所不同[9].SnO2电子传输层与钙钛矿之间具有更加匹配的能带位置,有利于抽取电子和阻挡空穴,且SnO2具有高电子迁移率和导电性,有助于提升电荷的传输效率和降低光生载流子的复合.光学方面因为SnO2具有较宽的带隙和较小的反射系数,能够确保在整个可见光范围内保持很好的透光性[10−12];SnO2无需高温制备,能在200 ℃以下的温度获得很好的结晶性,从而可以将其应用在柔性器件中[13,14].

目前,制备SnO2薄膜的技术十分繁多,旋涂商业化SnO2水溶液是目前实验室中常用的制备工艺,该工艺简单,成本低且薄膜质量均一稳定,但该工艺需要将SnO2置于空气环境中在150—180 ℃下进行退火处理,由于SnO2表面存在锡悬挂键和氧空位,这些缺陷态是空气中氧气吸附的活性位点,在高温退火条件下,物理吸附的氧气分子会夺取SnO2导带中的电子形成化学吸附的氧负离子(O2–)[15],此时SnO2的能带发生弯曲,降低薄膜表面电导率[16].除此之外,虽然基于溶液工艺的沉积方法成本低且简单,但不适合制备大面积钙钛矿太阳电池.因此,开发制备大面积SnO2薄膜并将其应用到大面积钙钛矿太阳电池中颇具挑战,目前一些包括电子束蒸发[17]、热蒸发[18]、磁控溅射[19]、化学浴沉积[20]和脉冲激光沉积[21]等方法已被用于制备大面积SnO2薄膜,为实现商业化的大面积钙钛矿太阳电池提供了可行性.

反应等离子体沉积(reactive plasma deposition,RPD)是一种离子镀系统,RPD 具有对衬底表面离子轰击能量低和衬底温度低的特点,RPD 镀膜本质上可认为是一种离子辅助蒸发技术,镀膜过程中粒子能量小,几乎不存在高能粒子,低能量的粒子避免了对衬底表面的损伤,且薄膜沉积后无需进行后退火[22].RPD 制备薄膜过程中热电子束会集中在靶材表面,使靶材蒸发,随后在衬底上形成一层致密薄膜.且RPD 基板支架可放置许多氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)玻璃衬底,有利于连续和大规模生产薄膜.靶材利用率高,低温制作工艺简单,有利于降低生产成本.制备过程在真空腔室中进行,不受环境条件的影响,有助于提高薄膜的重复性.

本文主要采用RPD 技术制备SnO2薄膜,通过调控RPD 的辉光时间和工作电流优化SnO2薄膜的性能,并将其应用于钙钛矿太阳电池中;通过引入异辛酸亚锡(C16H30O4Sn,CSCO)与SnO2结合作为双电子传输层减小了钙钛矿太阳电池的迟滞,提高了光电转换效率.本工作探索了制备SnO2薄膜的新方法,这种方法与传统的溶液法相比有利于大面积电子传输层的制备,并且提高了制备薄膜的重复性,为制备高效、稳定和大面积的钙钛矿太阳电池的研究提供了有效策略.

2 实验部分

2.1 药品与试剂

碘化铅(PbI2)、甲基碘化胺(methylammonium iodide,MAI)、甲脒氢碘酸盐(formamidine iodide,FAI)、甲基氯化胺(methylamine hydrochloride,MACl)、苯乙基碘化胺(phenethylammonium iodide,PEAI)、异辛酸亚锡(CSCO)和2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(2,2',7,7'-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)-9,9'-spiro-bi-flfluorene,Sipro-OMeTAD)购买于西安宝莱特光电科技有限公司;4-叔丁基吡啶(4-tert-butylpyridine,TBP)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(bis(triflfluoromethylsulfonyl)-imide lithium salt,LiTFSI)以及乙腈(acetonitrile,ACN)等实验中用到的其他溶剂购买于阿拉丁(上海)试剂有限公司.

2.2 反应等离子体沉积二氧化锡薄膜

选择20 mm×20 mm 的ITO 玻璃衬底,分别用洗涤剂、去离子水和异丙醇对ITO 衬底进行超声清洗30 min,清洗结束之后采用氮气枪将其吹干,最后将ITO 进行紫外臭氧20 min,然后在ITO衬底上生长SnO2薄膜.生长前腔室气压抽至6×10–4Pa,电子枪和腔室中分别通入80 和30 sccm的氩气作为辉光气体,腔室气压维持在0.5 Pa 左右,分别对辉光时间(40,50,60,70,80,90 s)和工作电流(20,25,30 A)进行调控获得性能最佳的SnO2薄膜,将通过此种方法制备的SnO2薄膜称为RPDSnO2.

2.3 钙钛矿太阳电池的制备

本工作中钙钛矿吸光层组成为FA1–xMAxPbI3,采用两步顺序沉积法制备,制备流程如下: 1) 将691.5 mg 的PbI2溶入N,N-二甲基甲酰胺(N,Ndimethylformamide,DMF): 二甲基亚砜(dimethylsulfoxide,DMSO)体积比为9∶1 的1 mL 混合溶剂中;2) 将90 mg 的FAI,6.39 mg 的MAI 和9 mg 的MACl 溶解于1 mL 的异丙醇溶剂中;3) 将2.2 节制备好的SnO2衬底紫外臭氧处理20 min,再取步骤1) 得到的PbI2溶液均匀旋涂在SnO2电子传输层表面,以1500 r/m 的速度旋转30 s 后,取下衬底放置在手套箱中70 ℃的加热板退火1 min;4) 将制备好的PbI2衬底冷却至室温后,取步骤2) 得到的有机盐溶液迅速滴涂在步骤3) 得到的PbI2衬底上,以2000 r/m 的速度旋转30 s后,将样品取下放置到湿度为30%—40%的环境空气中进行退火处理,退火温度为150 ℃,退火时间15 min,完成钙钛矿吸收层的制备.

空穴传输层Spiro-OMeTAD 的制备全程都在氮气手套箱中完成,制备过程如下: 1) 将260 mg的Li-TFSI 溶解到1 mL 的ACN 中,搅拌到全部粉末溶解;2) 将72.3 mg 的Spiro-OMeTAD,30 µL的TBP 和35 µL 步骤1) 得到的锂盐都加入到1 mL 的氯苯溶剂中,搅拌到全部粉末溶解;3) 取30 µL 的Spiro-OMeTAD 溶液均匀地涂在钙钛矿吸收层上,以3000 r/m 的速度旋转30 s 后,完成空穴传输层的制备.最后,通过真空热蒸发的方式沉积厚度约80 nm 的金电极,完成金属电极的制备.

2.4 样品测试与性能表征

使用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM,Nano Navi SII SPA-400)表征薄膜样品表面粗糙度、3D 形貌和颗粒度;使用椭偏仪测试薄膜材料的厚度;使用紫外-可见分光光度计(ultraviolet-visible spectrophotometer,UV-vis,Cary 5000)表征薄膜样品吸收和透过光谱;使用紫外光电子能谱(ultraviolet photoelectron spectroscopy,UPS)获得材料的价带谱和逸出功等信息,从而获得材料的能带结构;使用稳态光致发光光谱(photoluminescence spectroscopy,PL,FLS980)表 征半导体材料的内部缺陷情况和活性层与界面层之间电荷转移情况;使用时间分辨光致发光光谱(time-resolved photoluminescence spectra,TRPL,FLS980)获得材料内部的载流子寿命,反应载流子的提取与复合情况;使用太阳能模拟器及其配套测试系统(CS-20,ASAHI SPECTRA Co.Ltd.Japan)在AM1.5G (100 mW/cm2,室温)条件下获得太阳电池的J-V曲线;使用外量子效率(external quantum efficiency,EQE,QEX10)测试系统表征电池对太阳光谱的响应情况,获得积分电流密度.其他测试还包括在黑暗条件下进行J-V测试获得薄膜材料的电导率以及在黑暗条件下对纯电子(空穴)器件进行J-V测试获得材料内部的载流子迁移率和缺陷态密度,即空间电荷限制电流测试(spacecharge-limited current,SCLC).

3 结果与讨论

3.1 辉光时间对反应等离子体沉积二氧化锡薄膜性能的影响

将辉光时间分别控制在40,50,60,70,80,90 s,可以得到平均厚度分别为(12.43±0.28),(14.71±0.96),(17.91±0.36),(21.47±0.55),(24.26±1.05)和(27.82±0.67) nm 的SnO2薄膜,由于生长速率随辉光时间变化很小,因此当辉光时间增加的时候,薄膜厚度随之增加.使用不同厚度的RPD-SnO2薄膜作为ETL 制备了结构为ITO/RPD-SnO2/FA1–xMAxPbI3/PEAI/Spiro-OMeTAD/Au 的 钙钛矿太阳电池,如图1(a)所示为J-V测试结果.使用17.91 nm 的SnO2薄膜(辉光时间为60 s)作为ETL 的器件性能最好,该器件的开路电压VOC为1086 mV,短路电流密度JSC为23.10 mA/cm2,填充因子FF 为81.21%,PCE 为20.38%,表明RPDSnO2电子传输层的最佳厚度约为17.91 nm.图1(b)为基于不同厚度的RPD-SnO2的器件的EQE 曲线,可以发现基于厚度为17.91 nm 的RPD-SnO2的器件光响应最好,积分电流密度为23.22 mA/cm2,与J-V测试结果匹配良好.厚度为17.91 nm 的RPD-SnO2薄膜具有良好的光学和电学性能,在器件中表现出更优的电子提取和输运能力.

图1 (a) 基于不同厚度RPD-SnO2 薄膜的钙钛矿太阳电池的最佳J-V 曲线;(b) 基于厚度分别为12.43,17.91 和27.82 nm 的RPD-SnO2 薄膜的钙钛矿太阳 电池 的EQE 和积分电流曲线Fig.1.(a) Optimum J-V curves of perovskite solar cells based on RPD-SnO2 films with different thicknesses;(b) EQE and integrated current density curves of perovskite solar cells based on RPD-SnO2 films with thicknesses of 12.43,17.91 and 27.82 nm.

3.2 工作电流对反应等离子体沉积二氧化锡薄膜性能的影响

在反应等离子体沉积薄膜的过程中,可以通过改变工作电流的大小控制离子源的功率,从而控制薄膜的生长速率.从3.1 节可知,最佳RPD-SnO2薄膜的厚度为17.91 nm 左右,此时辉光时间为60 s,工作电流为30 A,氧气通量为9 sccm.当改变工作电流的大小时,薄膜厚度随着生长速率的改变而改变,因此为了将薄膜的厚度稳定在17—18 nm,将辉光时间进行适当调整,工作电流为30,25 和20 A 时对应的辉光时间分别为60,65 和70 s.图2(a)给出的是不同工作电流下生长SnO2薄膜的厚度和生长速率,可以看出: 工作电流大小影响SnO2薄膜生长速率的快慢,工作电流越小,薄膜生长速率越小.对不同生长速率的SnO2薄膜的光学性质进行分析,如图2(b)给出了不同生长速率下的SnO2薄膜透过率,工作电流为20,25 和30 A 制备的SnO2薄膜在可见光区域(400—780 nm)的平均透过率分别为88.26%,88.34%和88.28%,通过图2(c)的吸收曲线可以得到SnO2的Tauc图,如图2(c)的插图所示,不同生长速率下SnO2的光学带隙均为3.47 eV,改变生长速率对SnO2薄膜的光学性质影响不大.

图2 (a) 不同工作电流下制备的SnO2 薄膜的厚度和生长速率;(b) 不同工作电流下制备的SnO2 薄膜的光学透过率;(c) 不同工作电流下制备的SnO2 薄膜的吸收光谱,插图为通过吸收光谱得到的Tauc 图Fig.2.(a) Thickness and growth rate of SnO2 films prepared under different working currents;(b) optical transmittance of SnO2 thin films prepared under different working currents;(c) absorption spectra of SnO2 thin films prepared under different working currents,the inset is the Tauc diagram obtained from the absorption spectra.

制备了ITO/RPD-SnO2/PCBM/Au 结构的器件用以表征SnO2薄膜的电学特性,在黑暗条件下测试J-V特性曲线,如图3(a)所示,利用测试得到的J-V曲线和(1)式计算出SnO2薄膜的电导率σ:

图3 (a) 不同工作电流下制备的SnO2 薄膜的电导率;基于不同工作电流下制备的SnO2 作为衬底的钙钛矿的(b) PL 光谱和(c) TRPL光谱Fig.3.(a) Conductivity of SnO2 thin films prepared under different working currents;(b) PL and (c) TRPL spectra of perovskite based SnO2 substrate prepared under different working currents.

其中L为材料的厚度;A为测试的有效面积;R为由J-V曲线计算的膜电阻.当工作电流为25 A 时,SnO2表现出最高的电导率(2.15×10–5S/cm),金属氧化物薄膜的电导率很大程度上取决于其表面形貌和晶粒尺寸,提高的电导率可能是由于生长速率降低后,形成光滑、连续的SnO2薄膜,有效提升了SnO2膜的电学性能.

利用PL 测试探索SnO2电荷输送动力学,如图3(b),ITO/25 A-SnO2/钙钛矿结构的PL 强度低于其他样品,表明该条件下从钙钛矿到SnO2的电子转移能力更好.如图3(c)所示,通过TRPL 测试进一步分析了SnO2的电子转移和提取能力,使用双指数函数对TRPL 曲线进行拟合,拟合函数如(2)式所示,相应的参数和结果列于表1 中.

表1 使用双指数函数拟合基于不同工作电流制备的SnO2 作为衬底的钙钛矿的TPRL 曲线参数Table 1.Parameters of TPRL curves of perovskite based SnO2 substrate prepared under different working currents fitted by double exponential function.

A1和A2为各个衰减分量的振幅,快速衰减时间常数τ1代表ETL 对载流子的提取,其值从30 A 的44.50 ns 降低到25 A 的36.52 ns,表明适当降低工作电流有利于提高SnO2的电子转移和提取能力.但是当工作电流进一步降低到20 A 时,此时τ1的值从36.52 ns 增加到37.83 ns,τ2代表钙钛矿薄膜中缺陷辅助的非辐射复合,其值从198.19 ns 减小到164.57 ns,可能是由于此工作条件下SnO2薄膜的导电性较弱,晶粒间电荷传输能力有所减弱,钙钛矿/SnO2界面处的电荷复合更多[23].

图4 为在不同SnO2上制备的钙钛矿吸收层的AFM 图像,可以看出基于不同ETLs 的钙钛矿薄膜的形貌变化,涂覆在25 A 工作电流下制备的钙钛矿薄膜粗糙度最小,均方根(root-mean-square,RMS)粗糙度为18.56 nm,这有助于与上层传输层形成良好的界面接触,减少电荷传输的复合位点和界面电阻,从而提高器件的填充因子.

图4 沉积在不同工作电流的SnO2 上的钙钛矿的AFM 图 (a) 30 A;(b) 25 A;(c) 20 AFig.4.AFM images of perovskite deposited on SnO2 under different working currents (a) 30 A;(b) 25 A;(c) 20 A.

制备了基于不同工作电流下的RPD-SnO2电子传输层的钙钛矿电池,探究SnO2薄膜在器件中的性能差异.如图5(a)所示,25 A 工作条件下制备出了性能最优的器件,PCE 可达21.24%,VOC为1074 mV,JSC为24.46 mA/cm2,FF 为80.86%.基于SnO2生长速率降低后的器件PCE (25 A:21.24%,20 A: 20.34%)都要优于原始生长速率下制备的器件PCE (18.73%),效率的提升主要体现在VOC和FF 的增加.可能归因于钙钛矿薄膜质量的提升,内部缺陷密度的降低以及改善了ETLs/钙钛矿界面接触从而减少电荷复合损失,TRPL和PL 测试也证实了这一结果.相应的EQE 光谱如图5(b)所示,与相应PSCs 的J-V曲线得到的电流密度非常吻合.从图5(c)中可以看出,即使采用了25 A 工作电流下制备的SnO2作为器件的电子传输层,正向扫描和反向扫描时的效率存在较大差距,表明基于RPD-SnO2作为电子传输层的钙钛矿太阳电池迟滞十分明显.

图5 (a) 基于不同工作电流下制备的SnO2 薄膜的器件最佳J-V 曲线;(b) EQE 和积分电流密度曲线;(c) 基于25 A-SnO2 的钙钛矿太阳电池的J-V 曲线Fig.5.(a) Optimal J-V curves of devices based on SnO2 thin films prepared under different working currents;(b) EQE and integrated current density curves;(c) J-V curves of perovskite solar cells based on 25 A-SnO2.

3.3 改善反应等离子体沉积二氧化锡基钙钛矿太阳电池的迟滞现象

从3.1 节和3.2 节可知,经过调控厚度和改变生长速率可以使RPD-SnO2的器件最佳PCE 达到21.24%.然而,基于RPD-SnO2的钙钛矿太阳电池具有严重的迟滞现象,迟滞因子高达30%以上.这里引入异辛酸亚锡(CSCO)与RPD-SnO2结合作为双电子传输层改善器件的迟滞现象.通过UV-vis (图6(a))和UPS (图6(b))获得RPDSnO2和RPD-SnO2+CSCO 的能级结构,如图6(c)所示为RPD-SnO2(不含或含CSCO)的能级图.添加CSCO 层后SnO2的导带最小值(conduction band minimum,CBM)上升,与原始SnO2相比,与钙钛矿的能级更加匹配,能级偏移表明添加CSCO 层可使SnO2的最高占据分子轨道(highest occupied molecular orbital,HOMO)向费米能级(Fermi energy,EF)方向移动,从而有利于更好的能级排列和更快的电子提取.因此,CSCO 修饰的RPD-SnO2有望减少界面能级差和减少界面处电荷的损失,促进电子的抽取,增加器件的Voc.

图6 (a) RPD-SnO2 和RPD-SnO2+CSCO 的Tauc 图;(b) RPD-SnO2 和RPD-SnO2+CSCO 的起始能量的UPS 扫描以及截止能量边;(c) RPD-SnO2 和RPD-SnO2+CSCO 的能带结构示意图Fig.6.(a) UPS scans of onset energy and cutoff energy edges of RPD-SnO2 and RPD-SnO2+CSCO;(b) Tauc plots of RPD-SnO2 and RPD-SnO2+CSCO;(c) schematic diagram of energy band structures of RPD-SnO2 and RPD-SnO2+CSCO.

制备结构为ITO/ETLs/FA1–xMAxPbI3/PEAI/Spiro-OMeTAD/Au 的钙钛矿太阳电池,通过J-V测试,基于RPD-SnO2,CSCO 和RPD-SnO2+CSCO作为ETLs 的器件最佳性能的反向和正向扫描曲线如图7(a)所示,表2 为对应的器件性能参数,可以看出CSCO 的引入不仅增加了器件的PCE,且在RPD-SnO2+CSCO 作为电子传输层的情况下,J-V曲线的迟滞更小.图7(b)为对应的EQE 曲线和积分电流密度曲线,积分电流与J-V测量结果一致,实验结果具有可靠性.

表2 基于不同ETLs 的钙钛矿太阳电池的最佳器件性能参数Table 2.Optimal device performance parameters for perovskite solar cells based on different ETLs.

图7 (a) 不同ETLs 制备的器件反向和正向扫描J-V 曲线;(b) 对应器件的EQE 和积分电流密度曲线;(c) 基于ITO/ETLs/FA1–xMAxPbI3/PCBM/Au 结构的纯电子器件的SCLC;(d) 从15 个器件获得的迟滞系数箱体图Fig.7.(a) Reverse and forward scan J-V curves of devices prepared by different ETLs;(b) EQE and integrated current density curves of corresponding devices;(c) SCLC of pure electrons devices based on ITO/ETLs/FA1–xMAxPbI3/PCBM/Au structure;(d) hysteresis coefficient box plot obtained from 15 devices.

制备具有ITO/ETLs/FA1–xMAxPbI3/PCBM/Au 结构的纯电子器件以评估基于不同ETLs 的器件内部的陷阱密度.通过图7(c)曲线可以看出,基于RPD-SnO2+CSCO 薄膜的器件的陷阱填充限制电压(trap-filling limited voltage,VTFL)小于基于RPD-SnO2薄膜的器件(原始器件为1464 mV,双层传输层器件为1316 mV),即引入CSCO 后,器件缺陷密度降低[24].图7(d)总结了器件的迟滞系数,与基于RPD-SnO2的器件相比,基于RPDSnO2+CSCO 的器件具有更低的迟滞系数.图8 为基于RPD-SnO2和RPD-SnO2+CSCO 作为电子传输层的钙钛矿太阳电池的稳态输出电流和对应的器件效率,经过CSCO 修饰的RPD-SnO2器件在一个太阳光照强度下持续光照300 s,稳定输出电流为21.76 mA/cm2,对应的器件效率为21.76%,优于未经修饰的器件.我们通过引入CSCO 有效地抑制了RPD-SnO2在器件中的迟滞问题,并且可优化钙钛矿太阳电池的效率,可能是因为RPDSnO2+CSCO 层能级与钙钛矿吸光层能级更加匹配,且ETLs 的传输电荷能力增强,此时被提取传输的电荷量远大于与空穴复合的电荷量,电荷在界面处积累的现象得到大大缓解.

图8 基于RPD-SnO2 和RPD-SnO2+CSCO 作为电子传输层的钙钛矿太阳电池的稳态输出电流密度和对应的器件效率Fig.8.Steady-state output current density and corresponding device efficiency of perovskite solar cells based on RPDSnO2 and RPD-SnO2+CSCO as the electron transport layer.

4 结论

本文开发利用反应等离子体沉积法制备SnO2薄膜,通过改变RPD 工作参数调控SnO2薄膜厚度和生长速率优化SnO2薄膜的性能,结果表明RPD制备的SnO2薄膜最佳厚度为17.91 nm 左右,适当降低工作电流(25 A)从而降低薄膜的生长速率有利于提高SnO2薄膜特性.通过调控RPD 辉光时间和工作电流,基于RPD-SnO2的PSCs 的最佳PCE 可达21.24%.通过引入CSCO 和RPD-SnO2结合制备成双电子传输层改善器件的迟滞,能够有效增加电子传输层电荷的抽取能力和传输速度,并且改善了SnO2薄膜的能带位置,电池的迟滞因子从24.04%降低到3.69%,开路电压从1.11 V 提高到1.15 V,效率从21.27%提升至22.15%.本文开发了新的制备方法和有效的优化策略来制备SnO2电子传输层,推动了平面异质结钙钛矿太阳电池的发展,为制备高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了新的研究思路和方法,并且为大面积制备电子传输层提供了实验基础.