Hvordan brugen af ​​forskellige former for titaniumoxid påvirker perovskit-solcellens ydeevne

Titaniumoxid (TiO$_2$) er et alsidigt materiale, der er blevet bredt undersøgt for dets potentielle anvendelser i perovskit-solceller (PSC'er). Forskellige former for TiO$_2$, såsom anatase, rutil og brookit, er blevet udforsket som elektrontransportlag (ETL'er) i PSC'er på grund af deres høje elektronmobilitet, brede båndgab og stabilitet. Valget af TiO$_2$ polymorf kan have betydelig indflydelse på ydeevnen og stabiliteten af ​​PSC'er. Her er hvordan brugen af ​​forskellige former for titaniumoxid påvirker perovskit-solcellens ydeevne:

Anatase TiO$_2$ :

- Anatase TiO$_2$ er den mest almindeligt anvendte form for TiO$_2$ i PSC'er på grund af dens høje elektronmobilitet og passende båndjustering med perovskitmaterialer.

- Den har en tetragonal krystalstruktur og udviser fremragende ladningstransportegenskaber.

- Anatase TiO$_2$ ETL'er kan lette effektiv elektronekstraktion og transport fra perovskitlaget, hvilket reducerer ladningsrekombinationstab og forbedrer PSC'ers samlede effektkonverteringseffektivitet (PCE).

- Imidlertid er anatase TiO$_2$ relativt ustabil under højtemperaturbehandlingsforhold, hvilket kan føre til fasetransformation og nedbrydning af perovskitlaget.

Rutile TiO$_2$ :

- Rutil TiO$_2$ har en tetragonal krystalstruktur og er mere stabil end anatase TiO$_2$ ved høje temperaturer.

- Det udviser lavere elektronmobilitet sammenlignet med anatase TiO$_2$, men det har bedre termisk stabilitet og kan modstå højere behandlingstemperaturer.

- Rutil TiO$_2$ ETL'er kan give forbedret stabilitet til PSC'er, især under barske miljøforhold eller langvarig drift.

- Den lavere elektronmobilitet af rutil TiO$_2$ kan dog resultere i en let reduceret ladningstransport og PCE sammenlignet med anatase TiO$_2$.

Brookite TiO$_2$ :

- Brookite TiO$_2$ har en ortorhombisk krystalstruktur og er mindre almindeligt anvendt i PSC'er på grund af dens lavere elektronmobilitet og mindre gunstige båndjustering med perovskitmaterialer.

- Brookite TiO$_2$ har dog unikke egenskaber, såsom et højt brydningsindeks og stærk lysspredningsevne, som kan forbedre lysabsorptionen i PSC'er.

- Ved at inkorporere brookite TiO$_2$ i ETL eller som et ekstra lag i PSC'er er det muligt at forbedre lysindsamling og reducere optiske tab, hvilket fører til forbedret PCE.

Sammenfattende kan brugen af ​​forskellige former for titaniumoxid som ETL'er i PSC'er påvirke enhedens ydeevne og stabilitet. Anatase TiO$_2$ tilbyder høj elektronmobilitet og effektiv ladningstransport, mens rutil TiO$_2$ giver bedre termisk stabilitet. Brookite TiO$_2$ har unikke lysspredningsegenskaber, der kan forbedre lysabsorptionen. Valget af den passende TiO$_2$ polymorf afhænger af de ønskede egenskaber og ydeevnekrav for PSC-enheden.