有机无机杂化卤化物钙钛矿材料通常是指具有ABX3结构的钙钛矿材料（如图1（a）所示），其中A代表有机阳离子或阳离子基团例如CH3NH3+，NH=CHNH3+等，B代表无机阳离子，例如Pb2+或Sn2+等；X代表卤素原子，例如I，Cl，Br等。相比传统的纯有机半导体材料以及无机半导体材料，有机无机杂化卤化物钙钛矿材料具有自己独特的性质：**，较大的玻尔半径，较高介电常数以及较低的激子结合能，这保证了光生激子的分离效率；其次，钙钛矿材料的载流子扩散距离以及扩散速度较大；最后，大部分钙钛矿材料具有1.5 eV的禁带宽度，其对可见光波段的吸收是非常有利的。图1（b）所示），充分展现了其在光伏领域的应用潜力。

图1. (a) 钙钛矿材料的**结构；(b)-(f) 钙钛矿太阳能电池的常见结构以及发展历史。

钙钛矿太阳能电池通常可以分为平面结构和介孔结构两大类，每一类有分别包含N-I-P结构和P-I-N结构两种（如图1（c）-（f）所示）。虽然结构多种多样，但是钙钛矿太阳能电池通常都由电子传输材料，钙钛矿吸收层，空穴传输材料以及电极组成。

电子传输材料在电池中的主要作用是阻挡空穴传输以及平衡电子空穴传输距离，因此其对电池的性能有重要的影响。与目前最常用的氧化钛电子传输材料相比，氧化锌具有与氧化钛类似的能级位置，更高的电子传输速率（图2（a-c））以及多种多样的制备手段（图2（d-f）），这为基于氧化锌的钙钛矿太阳能电池的发展打下了良好的基础。

图2 (a)-(c) 氧化锌材料的基本物理性质；(d)-(f) 常用的氧化锌材料制备方法。

由于钙钛矿材料本身较长的载流子扩散距离以及双极传输特性，使得结构简单平面结构器件成为可能。Tseng等人使用磁控溅射方法制备了致密氧化锌薄膜，在此基础上获得了转化效率为15.9%的平面钙钛矿太阳能电池。他们发现通过调控溅射制备氧化锌薄膜过程中使用的氧气/氩气比例可以**地提升电池的载流子抽取效率，进而提升电池性能。除此之外，薄膜厚度对电池性能也有**影响。

图3 不同氧氩比以及薄膜厚度对基于氧化锌致密薄膜的电池性能影响

除致密氧化锌薄膜外，氧化锌纳米颗粒薄膜在钙钛矿太阳能电池中也有广泛应用。Liu等人首次将氧化锌纳米颗粒薄膜作为钙钛矿电子传输层使用，并获得了15.7%的效率。当纳米颗粒薄膜作为电子传输层时，氧化锌纳米颗粒薄膜的厚度以及氧化锌纳米颗粒的尺寸对太阳能电池的性能有着**地影响。

图4 氧化锌纳米颗粒的尺寸对电池性能影响

氧化锌纳米柱是另一种在广泛使用的电子传输层，由Bi等人在2013年首次引入钙钛矿太阳能电池中，并获得了5%的转化效率。同时，他们发现氧化锌纳米柱长度对电池的性能有明显的影响。但是使用氧化锌纳米柱薄膜的主要问题在于氧化锌纳米柱具有较大的长径比，难以保证钙钛矿薄膜在纳米柱表面的覆盖率，为了解决该问题，人们开发了一系列的方法。

图5 氧化锌纳米柱尺寸对电池性能影响

图6 溶剂工程提升氧化锌纳米柱表面钙钛矿薄膜结晶以及覆盖率

基于氧化锌的钙钛矿太阳能电池在效率以及稳定性等方面仍旧落后于基于氧化钛的钙钛矿太阳能电池，这主要是由于氧化锌材料的严重表面复合以及氧化锌与钙钛矿材料之间的反应引起的。因此，表面修饰，掺杂等多种手段被用于提升基于氧化锌的钙钛矿太阳能电池的性能以及稳定性。

图7 氧化锌表面修饰以及掺杂对钙钛矿太阳能电池性能以及稳定性的提升

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以上内容来自齐岳小编zzj 2021.5.11