鈣鈦礦太陽能電池結構種類
鈣鈦礦太陽能電池的結構種類多樣,主要可以根據其內部結構和電荷傳輸層的位置與性能進行分類。以下是幾種主要的結構種類:
1. 介孔結構
介孔結構是鈣鈦礦太陽能電池中最為常見的一種結構。在這種結構中,電子傳輸層通常包括致密層以及骨架層兩個部分。骨架層(通常為介孔氧化物TiO2或Al2O3)位于致密層和吸光層之間,作為框架幫助控制后續沉積鈣鈦礦薄膜的形貌,提高平整度和覆蓋度。同時,它還能輔助電子傳輸,減少電子與空穴的復合,并減少由于電子在界面處的大量聚集導致的滯后效應。然而,制備骨架層時通常需要在500°C左右的高溫下退火,這限制了鈣鈦礦電池的基底選擇,例如大多數不耐高溫的柔性基底。
2. 平面異質結結構
平面異質結結構是另一種重要的鈣鈦礦太陽能電池結構,主要分為正式n-i-p平面結構和反式p-i-n平面結構。
正式n-i-p平面結構:在這種結構中,光入射到透明電極后首先進入電子傳輸層。這種結構主要由透明導電基底、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和金屬對電極組成。電子傳輸層通常采用具有高電子遷移率的材料,如TiO2、ZnO等;空穴傳輸層則采用具有高空穴遷移率的材料,如Spiro-OMeTAD、PTAA等。正式n-i-p平面結構具有制備工藝簡單、成本低廉等優點,但其光電轉換效率通常較低。
反式p-i-n平面結構:與正式n-i-p平面結構相反,光入射到透明電極后首先進入空穴傳輸層。這種結構主要由透明導電基底、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層和金屬對電極組成。反式p-i-n平面結構具有更高的光電轉換效率和更好的穩定性,但制備工藝相對復雜。空穴傳輸層通常采用PEDOT:PSS等材料,電子傳輸層則采用PCBM等材料。此外,為了進一步提高反式p-i-n平面結構的光電性能,研究人員還嘗試采用各種界面修飾和摻雜技術來優化界面性能和電荷傳輸效率。
3. 其他結構
除了上述兩種主要結構外,還有一些基于鈣鈦礦材料特性的創新結構,如無HTM層結構等。這些結構通過簡化電池結構或引入新的材料組合,旨在提高電池的光電轉換效率、穩定性和成本效益。
綜上所述,鈣鈦礦太陽能電池的結構種類多樣,每種結構都有其獨特的優勢和適用場景。隨著鈣鈦礦材料研究和制備技術的不斷進步,未來鈣鈦礦太陽能電池的結構種類和性能有望得到進一步提升和優化。