钙钛矿太阳能电池研究：TiO2插层石墨纳米片提升电子传输效率

"信息化-电子商务-MAxFA1xPbI3钙钛矿太阳能电池中TiO2插层石墨纳米片电子传输层的研究" 本文主要探讨了钙钛矿太阳能电池(PSC)中的一种创新电子传输层(ETL)设计，即TiO2插层石墨纳米片在提升电池性能方面的作用。钙钛矿太阳能电池因其溶液加工性、低成本和高效能，已经成为太阳能电池领域的研究热点。近年来，其光电转换效率(PCE)已经显著提升，从早期的3.8%增长到超过24.2%。 文章指出，通过高温退火处理，-(7/酰丙酮基)钛酸二异丙酯(TiAcAc)能够分解形成致密的电子传输层，这有助于提高电池的电导率。同时，CH3NH3I(MAI)和CH(NH2)2I(FAD)两种钙钛矿材料因具有高吸收系数、长载流子扩散长度和可调节带隙的特性，成为理想的钙钛矿材料。 实验中，研究人员采用了双层结构的ETL，由一步旋涂法处理的TiAcAc溶液和化学沉积法制备的TiCl4水溶液共同构成。这种双层结构的ETL被应用于FTO玻璃基底上。进一步，通过溶剂工程和分步控温退火技术，制备了高质量的MAFA0.5PbI3钙钛矿薄膜，并旋涂spiro-OMeTAD作为空穴传输层，最后真空蒸镀Ag电极，以空气为环境完成整个电池的组装。 研究结果显示，经过500°C热处理的TiAcAc产品(TiO2.NG500°C)显示出锐钛矿TiO2和石墨的特性，其HRTEM和SEM图像显示为片状结构，且XRD分析表明石墨(002)晶面的2θ值偏小，揭示了TiO2颗粒插入石墨片层之间，形成了TiO2插层石墨的纳米片层结构。 在光伏性能比较中，单层和双层致密ETL的MAPbI3体系PSC进行了对比。发现单层TiO2-NG500°C的PSC串联电阻较小，而双层结构的PSC表现最佳，串联电阻降至158.81ohm，PCE达到10.70%。双层结构的优势在于：(1)石墨的存在增强了导电性，从而增加了电流密度；(2)双层ETL的厚度使Ti02颗粒能够填充TiO2.NG500°C的缺陷，减少漏电流；(3)Ti02薄膜的CBM(-3.9eV)与MAPbI3薄膜匹配，有利于电子的提取和传输。 本文的研究揭示了TiO2插层石墨纳米片在提高钙钛矿太阳能电池性能中的关键作用，为优化钙钛矿太阳能电池的电子传输层设计提供了新的思路和潜在的改进方案。未来的研究可能聚焦于进一步提高这种结构的稳定性和电池效率，以推动钙钛矿太阳能电池的商业化进程。