钙钛矿太阳能电池电子传输层的结构设计与性能研究

【作者】 牟俊朋； 宋健； 强颖怀；

【机构】 中国矿业大学材料科学与工程学院；

【摘要】 钙钛矿材料受光激发产生电子-空穴对,如何快速传导电荷,有效避免电子与空穴的复合是提高钙钛矿电池性能的关键。在传统n-i-p结构钙钛矿太阳能电池器件中,多孔层和致密层承担光生电子的收集与传导作用^[1]。本课题组围绕多孔层与致密层的组成结构设计,从光收集、界面电荷输运等角度出发,成功提升了钙钛矿太阳能电池光电性能。利用大颗粒对光的散射作用,将适量的大尺寸ZrO₂粒子掺入TiO₂多孔层中,可显著提升钙钛矿太阳能电池的光电流输出,进而提升器件效率。研究表明,当多孔层中ZrO₂的掺入量为TiO₂的2.5%时,电池效率可提升约16%^[2]。通过对TiO₂致密层进行Ta、Nb等元素的掺杂,可以有效提高致密层TiO₂薄膜的电导率。致密层较快的电子传导速率有利于光生电子的快速抽取,从而减少电子和空穴在TiO₂/钙钛矿界面的复合几率。该策略有利于降低电池器件I-V迟滞效应,同时,电池器件效率可由13.66%分别提升至14.41%（3%Ta）和14.29%（5%Nb）^[3]。更多还原