Sivaganga+通讯，UNSW贾宗新一代Natural

第Sivaganga者：Jun Peng

通讯基层单位：新西兰理工大学 (ANU)

DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04216-5

01

大背景如是说

氟锂太阳能电池组虽然其工作效率和灵活性的加速产业发展，在新经济风电控制技术中处在最前沿。现阶段最一流的电池组整体表现出吻合方法论最大值和吻合标准化的外部物理工作效率的电流经济损失，但切换工作效率受充填胺基酸的管制(<83%，高于约90%的Shockley-Queisser无限大)。此种管制是虽然氟锂二氧化钛和电池组阴极间的非理想磁矩数据传输导致的。因而，减少磁矩网络层的串连阻抗对提高工作效率非常重要我的世界。

02

本文亮点

1.我的世界本工作通过一种反向掺杂工艺制备了具有优异磁矩数据传输性能的氮掺杂二氧化钛电子网络层。

2.通过将此种磁矩数据传输材料结合到氟锂太阳能电池组中，本工作展示了1-cm2电池组的充填胺基酸> 86%，平均充填胺基酸为85.3%。

3.本工作表明，TiOxNy基和TiOx基电池组在VOC和JSC上差别不大，因而TiOxNy基电池组的工作效率增益主要是虽然电子数据传输的改善导致的较高的充填胺基酸(FF)。

03

图文解析

图1. 不同退火温度下TiO我的世界xNy薄膜的XPS表征

要点：

1、为了了解退火工艺对TiOxNy物理和电子性能的影响，本工作制备了7种不同退火条件的薄膜(厚度~50nm)：沉积温度为：(室温)、300°C、350°C、400°C、450°C、500°C和550°C。

2、本工作利用X射线光电子能谱(XPS)研究TiOxNy的元素组成。如图1a所示，沉积态TiN薄膜中存在Ti2+氧化态，证明了O1s和O-Ti-NXPS峰的存在(图1c)。

3、300°C退火后，Ti3+我的世界和Ti4+相的出现表明TiN发生了部分氧化，且在较高温度下氧化加剧。450℃及以上退火的样品，只有最高的Ti4+氧化态存在。

图2. TEM表征与衍射图谱模拟

要点：

1、高分辨率透射电子显微镜 (TEM) 成像显示，沉积的薄膜不是完全结晶的，而是呈非晶态的对比，并且分布着特征尺寸从10nm到20nm不等的结晶颗粒。

2、从图2a的多晶图中考察前两个衍射环，可以发现d1我的世界=2.45±0.07Å和d2=2.12±0.06Å对应的衍射平面，分别可以归属为TiO和TiN的立方相。

3、XPS和TEM分析的联合证据表明，低温 (450℃) 氧化下继续形成TiOxNy晶体。与沉积态样品和300℃、350℃和400℃退火的样品相比，450℃及以上退火的TiOxNy薄膜的晶相分数有所增加。

图3. 不同温度退火的TiOxNy薄膜的光电性能

要点：

1、我的世界沉积态TiN薄膜的功函数(WF)为~4.32eV (图 3a)，光学带隙 (Eg) 为~3.25eV。300°C、350°C、400°C、450°C、500°C和550°C退火样品的WF值分别为4.32 eV、4.29 eV、4.14 eV、4.08 eV、4.16 eV、4.14 eV和4.28 eV，这些WF值与TiOxNy薄膜的自由载流子密度(或掺杂密度)变化和/或表面偶极子有关。

2、我的世界图 3b所示为结合紫外光电子能谱 (UPS) 谱图 (图 3a) 和Eg测量数据提取的不同退火温度下TiOxNy薄膜的能级分布。除了WF的变化外，TiOxNy的费米能级(EF)与导带极小值间的能差(ΔE)随着退火温度的升高而增大。这表明n型TiOxNy的自由载流子密度(或掺杂密度)减少。

3、尽管TiOx我的世界Ny的禁带宽度随退火温度变化不大，但400℃及以下退火的样品在可见光区的光学透过率较低(图3d)，这归因于强的自由载流子吸收。在450℃及以上温度退火的薄膜的透射率大幅度提高，与上文所述的成分、结构和电子转变相吻合。由此可见，450℃以上退火的薄膜具有高电导率和高透光率的结合，表明此种方法制备的TiOxNy薄膜具有作为PSCs高性能ETL的潜力。

图4. 器件表征与仿真

要点：

1、在研究了TiOxNy薄膜的物理、电子和光学特性之后，本工作接下来研究了它们作为ETL在n-i-p PSCs中的应用。

2、如图 4a所示，活性面积为1-cm2的冠军TiOx我的世界Ny基电池组的PCE为23.36% (23.38%)，VOC~1.193 V (1.200 V)、JSC~22.80 mA cm-2(22.89mA cm-2)以及充填胺基酸(FF)~0.859 (0.851)。

3、外部物理工作效率 (EQE) 光谱和氟锂光学带隙 (Eg~1.57 eV) 图证实了测量的光电流的准确性。图4c中的J-V参数分布图说明了本工作的1-cm2我的世界PSC的可复现性。TiOxNy基电池组的平均PCE为23.09%±0.11%，平均FF~0.853±0.005，而TiOx基电池组的平均PCE为21.26%±0.33%（平均FF~0.793 ± 0.014）。TiOxNy基和TiOx基电池组在VOC和JSC上差别不大，因而TiOxNy基电池组的工作效率增益主要是虽然电子数据传输的改善导致的较高的FF。在ITO玻璃衬底上制备的TiOxNy-和TiOx基PSCs也有类似的趋势。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-021-04216-5我的世界

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