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引言

具有高度可擴(kuò)展性、不變性和低成本長處的碳基可印刷鈣鈦礦太陽能電池 (Carbon-based Perovskite Solar Cells, C-PSCs) 架構(gòu)凡是包羅一層致密的 TiO2 薄膜 (TiO2 Compact Layer, C-TiO2)、ZrO2 和碳介孔層。目前人們在介孔層優(yōu)化和鈣鈦礦堆積手藝范疇已獲得了顯著的停頓，但針對 C-TiO2 的研究仍然較少。針對那一手藝瓶頸，來自英國斯旺西大學(xué)的 Trystan Watson 傳授及其團(tuán)隊研究了接納絲網(wǎng)印刷取代傳統(tǒng)噴霧熱解造備 TiO2 致密層，其成果頒發(fā)在了 Solar 期刊。研究成果表白，PSCs 器件別離接納可拓展絲網(wǎng)印刷與噴霧熱解法造備 C-TiO2 時，其功率轉(zhuǎn)換效率 (Power Conversion Efficiency, PCE) 具有附近的程度，且接納 TiCl* 處置 C-TiO2 對致密層量量具有積極影響。與此同時，基于絲網(wǎng)印刷和 TiCl* 處置造備 C-TiO2 薄膜手藝的 PSCs 具有更高的 PCE (**.**%)。研究成果為 C-PSCs 的器件造造辦法供給了參考。

研究過程

本文介紹了研究所接納的鈣鈦礦造備辦法、致密 TiO2 層造備辦法、C-PSCs 器件造造辦法 (圖*) 以及性能表征嘗試。研究起首接納絲網(wǎng)印刷和尺度噴霧熱解辦法造備了差別厚度的 C-TiO2 薄膜，對其接納 TiCl* 表露處置后，闡發(fā)了絲網(wǎng)印刷造備 C-TiO2 薄膜的可行性。

圖*. (a) 尺度 C-PSC 的原理和造備辦法示企圖；(b) 有源區(qū)為 *cm2 的 C-PSC 實物圖 。

研究接納光學(xué)透射測試，獲得了打印和噴涂造備的差別致密薄膜的均勻透射率情況 (圖2)。

圖2. 致密層和通俗氟摻雜氧化錫 (Fluorine-doped Tin Dioxide, FTO) 玻璃的透射光譜測試成果，此中內(nèi)嵌表格為樣本在可見光譜上的均勻透射率 (Average Transmission, AT)。

做者接納外表掃描電鏡研究了 C-TiO2 的外表籠蓋物和針孔情況 (圖*)。噴涂的樣品和 S* 打印的樣品看起來十分類似，都有很好的 FTO 籠蓋，然而在 S2 中有一些可能對應(yīng)著針孔的白點(diǎn)，其原因可能是 S2 樣品的厚渡過大。

圖*. C-TiO2 層的外表 SEM 測試，圖像顯示了 FTO 玻璃的比力籠蓋，比例尺寸為 *0μm。

按照高分辯率的外表 SEM 圖像 (圖*)，能夠明晰地察看到單個 C-TiO2 晶體以及 TiCl* 處置的積極影響。

圖*. 高分辯率的外表掃描電鏡圖像顯示了 TiCl* 處置對薄膜的影響，比例尺寸為 *00nm。

本文接納輪回伏安法 (Cyclic Voltammetry, CV) 研究了差別 C-TiO2 薄膜和通俗 FTO 在鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀電解液中的輪回伏安成果 (圖*)，鐵氰化物/亞鐵氰化物溶液被用做三電極電池中的模子氧化復(fù)原系統(tǒng)，而測試樣品被用做工做電極。因為鐵氰化鉀/亞鐵氰化物氧化復(fù)原偶聯(lián)的分子足夠小，能夠穿透 C-TiO2 中的小孔和裂痕抵達(dá)底層的 FTO，而且目前已經(jīng)證了然 C-TiO2 與氧化復(fù)原偶構(gòu)成介電接觸會按捺陽極電流，因而能夠通過按照差別致密薄膜在鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀電解液中的陽極電流密度的大小，實現(xiàn)對 C-TiO2 的外表籠蓋度停止評估。研究成果表白：TiCl* 處置降低了所有樣品的陽極電流，但對 S2 印刷層的影響更大，與 S* 和噴涂層比擬，S2 印刷層的量量較差，該成果證明了我們從 S2 外表 SEM 圖像中察看到的現(xiàn)象：即 S2 外表有明顯的針孔存在，且 TiCl* 處置對其影響較大。

圖*. 本研究中所有測試層和 FTO 玻璃的 CV 丈量。

SEM 研究成果與 PSCs 的 CV 丈量成果相對應(yīng)，外表 SEM 圖像也能夠解釋 TiCl* 的積極影響，此中 TiCl* 對厚度較大的、量量較低的 S2 樣品影響更大。為了增加器件性能的可信度，本研究還對器件停止了不變電流丈量，PCE 隨時間的變革如圖* 所示。

圖*. 不變電流情況下具有差別的 TiO2 阻撓層的 PSCs 的 PCE 變革情況。

研究總結(jié)

本文研究了絲網(wǎng)印刷 TiO2 致密層的外表描摹、光學(xué)和電化學(xué)性能，進(jìn)而闡發(fā)了其在 C-PSCs 中應(yīng)用的可行性。做者團(tuán)隊通過嘗試造備得到了高量量、無針孔、絲網(wǎng)印刷致密層，其厚度與尺度噴涂造備的 TiO2 阻撓層附近，且透光率超越 8*%。此外接納印刷打印造備的 C-PSCs 的 PCE 均勻值為 **.8*%，可與噴霧熱解造備的器件相媲美。研究同時發(fā)現(xiàn)，TiCl* 處置可以大幅度進(jìn)步絲網(wǎng)印刷薄膜的量量，響應(yīng)的器件具有更高的 PCE (**.**%)。研究成果證明了絲網(wǎng)印刷在 C-PSCs 造備上的應(yīng)用前景。

綜上所述，絲網(wǎng)印刷是一種合適于在 C-PSCs 中堆積 C-TiO2 的辦法。此外，接納 TiCl* 處置能夠顯著進(jìn)步印刷層量量和器件性能。因為絲網(wǎng)印刷成本低廉且易于放大，那些嘗試停頓能夠進(jìn)步高效太陽能電池和模塊的消費(fèi)，從而促進(jìn)具有貿(mào)易合作力的 C-PSCs 的消費(fèi)。