基于TiO2/Perovskite/P3HT结构的n-i-p型钙钛矿电池的电极界面优化与器件性能

以TiO2/钙钛矿（PVSK）/P3HT的n-i-p型钙钛矿电池作为研究对象,研究了TiO2薄膜退火温度对TiO2薄膜的结晶性、基于此的钙钛矿薄膜的形貌以及光伏器件性能的影响,比较了P3HT的掺杂以及不同批次P3HT材料对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响。结果表明:TiO2薄膜的退火工艺及P3HT的批次对器件性能影响较大。TiO2薄膜的制备工艺设为退火温度为300℃,退火时间为45min,提高TiO2的退火温度到500℃,钙钛矿太阳能电池的效率可提高到11.27%.通过优化钙钛矿薄膜厚度为190nm,制备得到光电转换效率为6.77%的钙钛矿薄膜光伏电池。基于低温TiO2为电子传输层、掺杂P3HT为空穴传输层的器件性能为开路电压VOC=0.98V,短路电流JSC=19.94mA/cm2,填充因子fF=0.42,转换效率η（PCE）=8.18%.TiO2电子传输层和P3HT空穴传输层的系统优化对制备高性能n-i-p结构钙钛矿电池具有重要意义。 在近年来，钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的光伏技术，在光电转换效率和成本效益方面显示出巨大的潜力。随着研究的深入，人们对钙钛矿电池结构和材料的优化提出了更高要求，以期进一步提升其性能。在众多结构设计中，n-i-p型钙钛矿电池因其独特的电子和空穴传输层的组合而受到特别关注。本文将深入探讨基于TiO2/Perovskite/P3HT结构的n-i-p型钙钛矿电池，重点分析电极界面优化对器件性能的影响，以及如何通过调整TiO2薄膜退火温度和P3HT材料特性来提升电池效率。 钙钛矿太阳能电池的核心结构通常由n型电子传输层、本征钙钛矿活性层和p型空穴传输层组成。在n-i-p型结构中，TiO2作为n型电子传输层，负责从钙钛矿层提取电子并传输到外电路，而P3HT作为p型空穴传输层，则负责传输空穴。电子和空穴传输层的匹配程度直接影响电池内部的电荷分离效率和复合情况，进而决定了电池的开路电压、短路电流和整体光电转换效率。 实验研究中，TiO2薄膜的退火处理是提高其结晶性和电荷传输性能的重要步骤。通过改变退火温度，我们可以调控TiO2薄膜的晶粒大小、缺陷密度和表面平整度，这些因素会直接影响钙钛矿层的沉积质量和形貌。研究发现，当TiO2薄膜退火温度由300℃提升到500℃时，钙钛矿电池的光电转换效率显著增加，从6.77%提升至11.27%。这一结果证实了退火温度对TiO2电子传输层性能的显著影响，以及优化退火工艺在提高钙钛矿电池性能中的关键作用。 此外，P3HT作为空穴传输层的材料，其自身的电荷迁移率和电子结构对电池性能同样具有决定性影响。不同批次的P3HT材料可能因其分子量、纯度和结晶性存在差异，进而影响空穴传输效率和电池性能。掺杂是改善P3HT材料性质的一种有效手段，通过添加特定的掺杂剂，可以调节P3HT的电荷迁移率，从而提高电池的开路电压、短路电流和填充因子。研究中，对P3HT进行优化处理后，电池的光电转换效率得到了明显提升，达到了8.18%。 优化钙钛矿薄膜的厚度是另一项提升电池性能的重要策略。过厚的钙钛矿层可能导致内部载流子传输距离过长，增加复合概率；过薄则可能影响吸光性能。实验中，通过精细控制钙钛矿层厚度至190nm，成功制备了光电转换效率为6.77%的钙钛矿电池。这一结果表明，在优化了TiO2电子传输层和P3HT空穴传输层的基础上，合理设计钙钛矿层厚度，对于提高电池整体性能至关重要。 TiO2电子传输层和P3HT空穴传输层的系统优化是提升n-i-p型钙钛矿电池性能的关键。通过精确控制TiO2薄膜的退火工艺，获得理想的结晶性和表面形貌，结合针对P3HT材料的合理掺杂与选择，可以显著提高电池的开路电压、短路电流和填充因子，进而提升光电转换效率。这些研究发现不仅丰富了钙钛矿太阳能电池的基础理论，而且为高效率钙钛矿电池的制备工艺提供了重要的实践指导，为钙钛矿太阳能电池的商业化进程奠定了坚实的基础。