光譜調控與界面修飾協(xié)同優(yōu)化鈣鈦礦光吸收層光伏性能研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球經濟的快速發(fā)展，能源需求不斷攀升，傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭以及其使用帶來的環(huán)境污染問題，促使人們迫切尋求清潔、可持續(xù)的能源替代方案。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，在眾多可再生能源中脫穎而出，受到了廣泛關注。太陽能電池作為將太陽能直接轉化為電能的關鍵器件，其發(fā)展對于實現(xiàn)能源轉型和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在過去幾十年里，太陽能電池技術取得了顯著的進步。從早期的硅基太陽能電池到如今的多元技術路線，太陽能電池的光電轉換效率不斷提高，成本逐漸降低。硅基太陽能電池憑借其技術成熟、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢，在當前市場中占據(jù)主導地位。然而，其制備過程復雜、成本較高，且存在材料資源有限等問題，限制了其進一步大規(guī)模應用。因此，開發(fā)新型高效、低成本的太陽能電池技術成為研究熱點。鈣鈦礦太陽能電池作為新一代太陽能電池技術，自2009年首次被報道以來，因其具有高光電轉換效率、低成本制備工藝、可溶液加工性以及可靈活制備成柔性器件等諸多優(yōu)勢，迅速成為全球科研領域的研究焦點。鈣鈦礦材料具有獨特的晶體結構和優(yōu)異的光學、電學性能，其吸收系數(shù)高，能夠在較薄的厚度下有效吸收太陽光；電荷擴散長度長，有利于光生載流子的傳輸和分離；并且通過調整材料的化學組成，其帶隙可在一定范圍內調節(jié)，以適應不同光譜范圍的光吸收需求。在短短十幾年間，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從最初的3.8%迅速提升至目前認證的超過25%，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。在鈣鈦礦太陽能電池的結構中，鈣鈦礦光吸收層是核心部分，其性能直接決定了電池對太陽光的吸收能力以及光生載流子的產生效率，對電池的整體性能起著關鍵作用。然而，目前鈣鈦礦光吸收層仍存在一些問題，制約著電池性能的進一步提升和商業(yè)化應用。一方面，鈣鈦礦材料的光譜響應范圍有限，對部分太陽光的吸收利用效率較低，導致太陽能電池無法充分利用太陽能光譜中的能量，限制了光電轉換效率的提高。另一方面，鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面特性不夠理想，存在界面缺陷和能級失配等問題，這會導致光生載流子在界面處的復合增加，降低了載流子的傳輸效率和電池的穩(wěn)定性。為了克服這些問題，光譜調控和界面修飾成為提升鈣鈦礦光吸收層光伏性能的重要研究方向。通過光譜調控，可以拓寬鈣鈦礦材料的光吸收范圍，使其能夠更有效地吸收太陽光中的不同波長的光子，提高光利用效率，從而提升電池的光電轉換效率。而界面修飾則可以改善鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面特性，降低界面缺陷態(tài)密度，優(yōu)化能級匹配，提高界面載流子的傳輸效率，減少載流子復合，進而提高電池的穩(wěn)定性和性能。本研究聚焦于鈣鈦礦光吸收層的光譜調控、界面修飾及其光伏性能，具有重要的理論意義和實際應用價值。在理論方面，深入研究光譜調控和界面修飾對鈣鈦礦光吸收層性能的影響機制，有助于揭示鈣鈦礦材料的光物理和光電轉換過程，豐富和完善鈣鈦礦太陽能電池的基礎理論體系。在實際應用方面，通過優(yōu)化光譜調控和界面修飾技術，有望制備出高性能的鈣鈦礦太陽能電池，推動其商業(yè)化進程，為解決全球能源問題提供新的技術方案和途徑，具有廣闊的應用前景和巨大的經濟社會效益。1.2國內外研究現(xiàn)狀在鈣鈦礦光吸收層光譜調控方面，國內外研究取得了豐富的成果。國外諸多科研團隊通過元素摻雜的方式對鈣鈦礦材料的帶隙進行調節(jié)，進而實現(xiàn)光譜調控。例如，美國的研究人員在甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦中引入銫（Cs?）離子，成功拓展了材料的光吸收范圍，使其在近紅外區(qū)域的吸收能力增強，有效提高了對太陽光的利用效率，基于此制備的鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率得到顯著提升。日本的科研團隊則利用量子限域效應，通過控制鈣鈦礦納米晶的尺寸，實現(xiàn)了對其光學帶隙的精確調控，制備出的窄帶隙鈣鈦礦納米晶在長波長光吸收方面表現(xiàn)出色，為高效多結鈣鈦礦太陽能電池的制備提供了新的思路。國內在光譜調控研究領域也取得了重要進展。清華大學的研究團隊采用混合鹵化物策略，在鈣鈦礦材料中同時引入溴（Br?）和碘（I?）離子，精確調節(jié)了材料的帶隙，制備出的寬帶隙鈣鈦礦材料在短波長光吸收方面性能優(yōu)異，將其應用于疊層太陽能電池中，有效提升了電池的開路電壓和光電轉換效率。中國科學院化學研究所的科研人員通過設計合成新型有機陽離子，與無機鈣鈦礦結構相結合，成功制備出具有獨特晶體結構和光電性能的鈣鈦礦材料，其光吸收范圍可在可見光到近紅外光區(qū)域靈活調節(jié)，展現(xiàn)出良好的光伏應用前景。在鈣鈦礦光吸收層界面修飾方面，國內外同樣開展了廣泛而深入的研究。國外一些團隊利用有機小分子對鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面進行修飾。如德國的科研人員使用氨基苯甲酸等有機小分子對鈣鈦礦表面進行鈍化處理，有效降低了界面缺陷態(tài)密度，減少了載流子復合，提高了界面載流子的傳輸效率，使鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉換效率均得到顯著提升。韓國的研究人員則采用自組裝單分子層技術，在鈣鈦礦光吸收層表面構建了一層具有特定功能的有機分子膜，優(yōu)化了界面能級匹配，增強了界面粘附力，從而提高了電池的性能和穩(wěn)定性。國內的科研機構在界面修飾方面也成果頗豐。華中科技大學的研究團隊設計合成了一種具有多重相互作用位點的功能分子，通過溶液旋涂的方法將其引入到鈣鈦礦光吸收層與空穴傳輸層的界面處，該分子能夠與鈣鈦礦和空穴傳輸層材料形成強的化學鍵和分子間相互作用，不僅有效鈍化了界面缺陷，還增強了界面電荷傳輸能力，制備出的鈣鈦礦太陽能電池在穩(wěn)定性和光電轉換效率方面均取得了突破。廈門大學的科研人員利用原子層沉積技術在鈣鈦礦光吸收層表面沉積了一層超薄的金屬氧化物薄膜，精確控制了界面的化學組成和物理結構，改善了界面的電學性能和化學穩(wěn)定性，顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性和光伏性能。盡管國內外在鈣鈦礦光吸收層光譜調控和界面修飾方面取得了上述諸多成果，但當前研究仍存在一些不足。在光譜調控方面，雖然通過各種方法實現(xiàn)了對鈣鈦礦材料帶隙的調節(jié)，但對光譜調控的精確性和可重復性控制仍有待提高，部分調控方法可能會引入雜質或導致材料結晶質量下降，影響電池的長期穩(wěn)定性。此外，對于光譜調控與電池其他性能之間的協(xié)同優(yōu)化機制研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)全面的理論模型來指導光譜調控策略的設計和優(yōu)化。在界面修飾方面，目前大多數(shù)界面修飾方法的工藝較為復雜，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產，且部分修飾材料的成本較高，限制了其實際應用。同時，對于界面修飾后材料的長期穩(wěn)定性和可靠性研究還不夠充分，界面修飾層在長期光照、溫度和濕度等環(huán)境因素作用下可能會發(fā)生降解或失效，影響電池的使用壽命。此外，不同界面修飾方法和材料對電池性能的影響機制尚未完全明確，缺乏統(tǒng)一的評價標準和方法，不利于界面修飾技術的進一步發(fā)展和優(yōu)化。1.3研究內容與方法1.3.1研究內容鈣鈦礦光吸收層光譜調控研究：元素摻雜對光譜響應的影響：選擇不同的元素（如銫（Cs）、溴（Br）等）對鈣鈦礦材料進行摻雜，系統(tǒng)研究摻雜元素種類、摻雜濃度與鈣鈦礦材料光吸收特性之間的關系，分析摻雜如何影響材料的能帶結構，進而實現(xiàn)對光譜響應范圍的調控，確定最佳的摻雜方案以拓寬光吸收范圍，提高對太陽光的利用效率。量子限域效應在光譜調控中的應用：通過控制鈣鈦礦納米晶的尺寸，利用量子限域效應精確調控其光學帶隙。研究不同尺寸的鈣鈦礦納米晶的制備工藝，以及其光吸收特性與尺寸之間的定量關系，探索如何通過量子限域效應實現(xiàn)對光譜的精細調控，為制備高性能的鈣鈦礦太陽能電池提供材料基礎。鈣鈦礦光吸收層界面修飾研究：有機小分子修飾界面特性：篩選具有特定官能團的有機小分子（如氨基苯甲酸、乙二胺等），通過溶液旋涂、浸泡等方法將其引入鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面。研究有機小分子與鈣鈦礦和電荷傳輸層材料之間的相互作用機制，以及這種修飾對界面缺陷態(tài)密度、能級匹配和載流子傳輸效率的影響，優(yōu)化有機小分子修飾工藝，提高界面性能。自組裝單分子層構建及性能優(yōu)化：采用自組裝技術在鈣鈦礦光吸收層表面構建單分子層，研究自組裝單分子層的形成機理、結構特征及其對界面電學性能和化學穩(wěn)定性的影響。通過調整自組裝分子的結構和組成，優(yōu)化單分子層的性能，改善鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面特性，提高電池的穩(wěn)定性和性能。光譜調控和界面修飾協(xié)同作用對光伏性能的影響研究：協(xié)同效應的實驗研究：將優(yōu)化后的光譜調控和界面修飾技術相結合，制備鈣鈦礦太陽能電池器件，系統(tǒng)研究兩者協(xié)同作用對電池光電轉換效率、開路電壓、短路電流和填充因子等光伏性能參數(shù)的影響。通過對比實驗，分析光譜調控和界面修飾單獨作用以及協(xié)同作用時電池性能的差異，揭示協(xié)同效應的內在機制。理論模型建立與分析：基于實驗結果，建立光譜調控和界面修飾協(xié)同作用對鈣鈦礦太陽能電池光伏性能影響的理論模型。運用量子力學、半導體物理等理論知識，從微觀層面分析光生載流子的產生、傳輸和復合過程，以及光譜調控和界面修飾如何通過改變材料的電子結構和界面特性來影響電池性能，為進一步優(yōu)化電池性能提供理論指導。1.3.2研究方法實驗研究方法：材料制備：采用溶液旋涂法、熱蒸發(fā)法、化學氣相沉積法等方法制備鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層以及修飾層等材料。通過精確控制實驗條件，如溶液濃度、旋涂速度、退火溫度和時間等，制備出高質量、性能穩(wěn)定的材料和器件。器件制備：構建常規(guī)的n-i-p或p-i-n結構的鈣鈦礦太陽能電池器件。在制備過程中，嚴格控制各層之間的界面質量和厚度，確保器件性能的一致性和可靠性。性能測試：利用太陽能模擬器模擬太陽光照射，測試鈣鈦礦太陽能電池的電流-電壓（I-V）特性曲線，獲取光電轉換效率、開路電壓、短路電流和填充因子等關鍵性能參數(shù)。采用電化學阻抗譜（EIS）測試技術，研究電池內部的電荷傳輸和復合過程，分析界面修飾對電池電學性能的影響。使用光致發(fā)光光譜（PL）和時間分辨光致發(fā)光光譜（TRPL）等手段，研究光生載流子的復合動力學過程，以及光譜調控和界面修飾對載流子壽命的影響。理論計算方法：密度泛函理論（DFT）計算：運用密度泛函理論計算軟件（如VASP等），對鈣鈦礦材料的電子結構、能帶結構進行計算分析。通過模擬不同元素摻雜、量子限域效應以及界面修飾后的鈣鈦礦體系，研究其電子態(tài)分布、電荷轉移和能級變化等情況，從理論上揭示光譜調控和界面修飾的作用機制。分子動力學模擬（MD）：采用分子動力學模擬方法，研究鈣鈦礦材料在不同條件下的原子運動和結構演變。模擬有機小分子在鈣鈦礦表面的吸附行為，以及自組裝單分子層的形成過程，分析界面修飾層與鈣鈦礦之間的相互作用和穩(wěn)定性，為實驗研究提供理論依據(jù)和指導。表征分析方法：結構表征：使用X射線衍射儀（XRD）分析鈣鈦礦材料的晶體結構、晶格參數(shù)和結晶質量，研究元素摻雜和制備工藝對晶體結構的影響。采用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）觀察材料和器件的微觀形貌、薄膜厚度和界面結構，分析界面修飾對微觀結構的影響。成分分析：利用能量色散X射線光譜儀（EDS）和X射線光電子能譜儀（XPS）對鈣鈦礦材料的元素組成和化學態(tài)進行分析，確定摻雜元素的分布和含量，以及界面修飾前后材料表面的化學組成變化。光學性能表征：通過紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）測量鈣鈦礦材料的光吸收特性，分析光譜調控對光吸收范圍和吸收強度的影響。采用熒光光譜儀測試材料的熒光發(fā)射特性，研究光生載流子的復合過程和發(fā)光效率。二、鈣鈦礦光吸收層基礎理論2.1鈣鈦礦材料結構與特性鈣鈦礦材料通常具有ABX?型晶體結構（如圖1所示），在這種結構中，A位一般為有機陽離子（如甲胺離子CH?NH??、甲脒離子HC（NH?）??）或半徑較大的無機陽離子（如銫離子Cs?），其主要作用是填充由B位陽離子和X位陰離子構成的八面體空隙，維持晶體結構的穩(wěn)定性。B位通常是二價金屬陽離子，常見的有鉛離子Pb2?、錫離子Sn2?等，B位陽離子與X位陰離子共同構成[BX?]八面體結構單元，這些八面體通過頂點的X位陰離子相互連接，形成三維網(wǎng)絡結構。X位則是鹵素陰離子，如碘離子I?、溴離子Br?、氯離子Cl?等，它們不僅參與八面體結構的構建，還對材料的光電性能有著重要影響。ABX?型鈣鈦礦的晶體結構示意圖[具體文獻]【此處可插入ABX?型鈣鈦礦晶體結構的清晰圖片，直觀展示其結構特點，圖片來源需標注】【此處可插入ABX?型鈣鈦礦晶體結構的清晰圖片，直觀展示其結構特點，圖片來源需標注】鈣鈦礦材料之所以展現(xiàn)出卓越的光電性能，與其獨特的晶體結構密切相關。從電子結構角度來看，B位陽離子的外層電子軌道與X位陰離子的電子軌道相互作用，形成了導帶和價帶。在MAPbI?鈣鈦礦中，Pb2?的6s和6p軌道與I?的5p軌道雜化，形成了導帶底和價帶頂，這種雜化方式決定了材料的能帶結構和電子躍遷特性，進而影響其光學和電學性能。鈣鈦礦材料具有高吸收系數(shù)的特性，在可見光范圍內，其吸收系數(shù)通?？蛇_到10?cm?1數(shù)量級，遠高于傳統(tǒng)的硅基半導體材料。這是因為鈣鈦礦材料的晶體結構使其具有合適的能帶結構，光子能量與材料的帶隙相匹配時，能夠有效地激發(fā)電子從價帶躍遷到導帶，產生光生載流子，從而實現(xiàn)對光的高效吸收。電荷擴散長度長也是鈣鈦礦材料的顯著優(yōu)勢之一，其電荷擴散長度可達數(shù)百納米甚至更長。這得益于鈣鈦礦材料內部較低的缺陷態(tài)密度和良好的晶體結構有序性，光生載流子在材料內部傳輸時，受到的散射和復合作用較小，能夠在較長距離內保持較高的遷移率，有利于提高太陽能電池中光生載流子的收集效率。此外，鈣鈦礦材料的帶隙具有可調節(jié)性，通過改變A位、B位陽離子以及X位陰離子的種類和比例，可以在一定范圍內精確調節(jié)其帶隙。在甲脒鉛碘（FAPbI?）中部分引入銫離子（Cs?）形成的Cs?FA???PbI?鈣鈦礦，隨著Cs?含量的增加，材料的帶隙會逐漸增大，從而實現(xiàn)對不同光譜范圍光的有效吸收，以滿足不同應用場景對光吸收的需求。2.2光吸收層在鈣鈦礦太陽能電池中的功能在鈣鈦礦太陽能電池的工作過程中，光吸收層承擔著核心功能，其性能優(yōu)劣直接決定了電池的光電轉換效率和整體性能。當太陽光照射到鈣鈦礦太陽能電池上時，光吸收層中的鈣鈦礦材料憑借其高吸收系數(shù)的特性，能夠有效地吸收光子能量。在這一過程中，光子的能量被鈣鈦礦材料吸收，使得位于價帶頂?shù)碾娮荧@得足夠的能量躍遷到導帶，從而產生電子-空穴對，即光生載流子。這是太陽能電池實現(xiàn)光電轉換的基礎步驟，光吸收層對光的吸收效率以及光生載流子的產生效率，直接影響后續(xù)的電荷傳輸和收集過程。鈣鈦礦光吸收層的光吸收特性對電池的短路電流有著至關重要的影響。短路電流是指在太陽能電池兩端短路時，通過電池的電流大小，它主要取決于光生載流子的數(shù)量。如果光吸收層能夠高效地吸收太陽光，產生大量的光生載流子，那么在后續(xù)的電荷傳輸和收集過程中，就能夠形成較大的短路電流。當光吸收層對特定波長的光吸收能力增強時，對應波長范圍內產生的光生載流子數(shù)量增加，這些載流子在電場作用下向電極移動，從而使短路電流增大，進而提高電池的光電轉換效率。除了光吸收特性，光吸收層的帶隙寬度也是影響電池性能的關鍵因素。帶隙寬度決定了光吸收層能夠吸收的光子能量范圍。合適的帶隙寬度可以使光吸收層有效地吸收太陽光中的能量，同時避免因帶隙過窄導致的熱激發(fā)載流子復合增加等問題。對于單結鈣鈦礦太陽能電池，理想的帶隙寬度通常在1.5-1.6eV之間，此時光吸收層能夠較好地匹配太陽光譜，實現(xiàn)較高的光電轉換效率。如果帶隙過寬，一些能量較低的光子無法被吸收，導致光生載流子產生數(shù)量減少，電池的短路電流降低；而帶隙過窄，則會使光生載流子的復合幾率增加，降低電池的開路電壓和填充因子，同樣會導致光電轉換效率下降。光吸收層中光生載流子的傳輸和復合過程也對電池性能有著顯著影響。由于鈣鈦礦材料具有較長的電荷擴散長度，光生載流子在光吸收層內部能夠進行有效的傳輸。在理想情況下，光生電子和空穴能夠在電場作用下迅速分離，并分別向電子傳輸層和空穴傳輸層移動，從而實現(xiàn)高效的電荷收集。然而，實際情況中，光生載流子在傳輸過程中可能會遇到各種缺陷和陷阱，這些缺陷和陷阱會捕獲載流子，導致載流子復合，降低載流子的傳輸效率和收集效率。鈣鈦礦光吸收層中的晶界、位錯以及未配位的離子等缺陷，都可能成為載流子復合中心，使得光生載流子在未到達電極之前就發(fā)生復合，減少了能夠形成電流的載流子數(shù)量，從而降低電池的光電轉換效率。2.3鈣鈦礦太陽能電池工作原理鈣鈦礦太陽能電池的工作過程主要基于光生載流子的產生、分離和傳輸，從而實現(xiàn)將太陽光能高效轉化為電能。當太陽光照射到鈣鈦礦太陽能電池時，處于光吸收層的鈣鈦礦材料首先發(fā)揮其關鍵作用。由于鈣鈦礦材料具有高吸收系數(shù)的特性，能夠有效地吸收太陽光中的光子能量。光子的能量被鈣鈦礦材料吸收后，會促使位于價帶頂?shù)碾娮荧@得足夠的能量，克服能帶間隙的束縛，躍遷到導帶，從而產生電子-空穴對，這就是光生載流子的產生過程。在產生光生載流子后，電子和空穴需要在電池內部進行有效的分離和傳輸，才能形成電流輸出。在鈣鈦礦太陽能電池中，電子傳輸層（ETL）和空穴傳輸層（HTL）分別承擔著分離和傳輸電子與空穴的重要任務。電子傳輸層通常由具有合適能級結構的材料構成，如二氧化鈦（TiO?）、氧化鋅（ZnO）、氧化錫（SnO?）等，其導帶能級低于鈣鈦礦材料的導帶能級。當光生載流子產生后，電子在電場作用下，憑借鈣鈦礦材料內部的電荷擴散機制，向電子傳輸層移動，并順利注入到電子傳輸層的導帶中。與此同時，空穴傳輸層一般采用如Spiro-OMeTAD、銅基材料（CuSCN、CuI）等材料，其價帶能級高于鈣鈦礦材料的價帶能級，空穴則在電場作用下向空穴傳輸層移動，進入空穴傳輸層的價帶。電子傳輸層和空穴傳輸層與鈣鈦礦層之間的能級差形成了內建電場，這個內建電場在光生載流子的分離過程中起到了關鍵作用，它能夠促使電子和空穴分別向相反的方向移動，實現(xiàn)高效分離。分離后的電子和空穴在各自的傳輸層中繼續(xù)傳輸。電子通過電子傳輸層向負極（通常為金屬電極）移動，空穴通過空穴傳輸層向正極（通常為金屬電極）移動。在傳輸過程中，載流子需要盡可能減少與材料內部缺陷和雜質的相互作用，以避免載流子復合導致能量損失。鈣鈦礦材料本身雖然具有較長的電荷擴散長度，有利于載流子傳輸，但實際制備的材料中仍可能存在一些缺陷，如空位、間隙原子、晶界等，這些缺陷可能會捕獲載流子，使載流子在傳輸過程中發(fā)生復合，降低載流子的傳輸效率和電池的性能。因此，減少材料中的缺陷以及優(yōu)化界面特性對于提高載流子傳輸效率至關重要。當電子和空穴分別到達負極和正極后，它們在外部電路中形成電流，從而實現(xiàn)了太陽能到電能的轉換。電流可以通過逆變器等設備進行放大和處理，以滿足不同的用電需求。在整個工作過程中，鈣鈦礦光吸收層的性能對電池的光電轉換效率起著決定性作用。光吸收層對光的吸收效率、光生載流子的產生效率以及載流子在光吸收層內部的傳輸和復合情況，都會直接影響到最終能夠形成電流的載流子數(shù)量和電池的輸出性能。合適的帶隙寬度可以使光吸收層有效地吸收太陽光能量，產生足夠數(shù)量的光生載流子；而光吸收層中缺陷的存在會增加載流子復合幾率，減少能夠到達電極的載流子數(shù)量，降低電池的光電轉換效率。三、鈣鈦礦光吸收層光譜調控3.1光譜調控原理鈣鈦礦材料的光譜調控主要基于其能帶結構與光吸收特性之間的緊密聯(lián)系。通過對鈣鈦礦材料化學組成和晶體結構的精確調整，可以有效地改變其能帶結構，進而實現(xiàn)對光譜響應范圍的調控。在鈣鈦礦材料的ABX?結構中，A位陽離子、B位陽離子以及X位陰離子的種類和比例變化，都會對材料的電子結構產生顯著影響。以甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦為例，其能帶結構主要由Pb2?的6s和6p軌道與I?的5p軌道雜化形成。當在A位引入銫（Cs?）離子時，由于Cs?與甲胺離子（MA?）的離子半徑和電子云分布存在差異，會導致鈣鈦礦晶體結構的局部畸變。這種結構變化進一步影響了Pb2?和I?離子之間的電子軌道相互作用，使得能帶結構發(fā)生改變，從而實現(xiàn)對光吸收特性的調控。從量子力學的角度來看，鈣鈦礦材料的光吸收過程本質上是光子與材料中的電子相互作用，導致電子在能帶間躍遷的過程。當入射光子的能量（E=hν，h為普朗克常數(shù)，ν為光子頻率）與鈣鈦礦材料的帶隙（Eg）相匹配時，光子能夠被吸收，電子從價帶躍遷到導帶，產生光生載流子。帶隙寬度直接決定了材料能夠吸收的光子能量范圍，即光吸收范圍。如果帶隙較寬，只有能量較高的光子才能被吸收，材料主要吸收短波長的光；而帶隙較窄時，能量較低的光子也能被吸收，材料的光吸收范圍向長波長方向擴展。在常見的鈣鈦礦材料中，MAPbI?的帶隙約為1.55eV，對應于其主要吸收波長在790nm左右的光，位于可見光范圍內。當在X位引入溴（Br?）離子，形成混合鹵化物鈣鈦礦MAPbI???Br?時，隨著Br?含量（x）的增加，材料的帶隙逐漸增大。這是因為Br?的電負性比I?大，Br?與Pb2?之間的化學鍵更強，使得能帶結構發(fā)生變化，帶隙變寬。帶隙的增大導致材料對短波長光的吸收增強，而對長波長光的吸收減弱，從而實現(xiàn)了光譜響應范圍的調控。除了通過化學組成的改變來調控光譜，量子限域效應也為鈣鈦礦材料的光譜調控提供了一種有效的途徑。當鈣鈦礦材料的尺寸減小到納米尺度時，量子限域效應開始顯現(xiàn)。在納米尺度下，電子的運動受到限制，其能量狀態(tài)發(fā)生量子化，導致材料的能帶結構發(fā)生變化。以鈣鈦礦納米晶為例，隨著納米晶尺寸的減小，其帶隙會逐漸增大。這是因為尺寸的減小使得電子-空穴對的波函數(shù)更加局域化，電子與空穴之間的庫侖相互作用增強，從而增加了激子結合能，導致帶隙增大。通過精確控制鈣鈦礦納米晶的尺寸，可以實現(xiàn)對其光學帶隙的精細調控，進而實現(xiàn)對光譜的精確調控。當納米晶尺寸從10nm減小到5nm時，其帶隙可能會增大0.1-0.2eV，對應的光吸收峰也會發(fā)生明顯的藍移，從而實現(xiàn)對不同波長光的選擇性吸收。三、鈣鈦礦光吸收層光譜調控3.1光譜調控原理鈣鈦礦材料的光譜調控主要基于其能帶結構與光吸收特性之間的緊密聯(lián)系。通過對鈣鈦礦材料化學組成和晶體結構的精確調整，可以有效地改變其能帶結構，進而實現(xiàn)對光譜響應范圍的調控。在鈣鈦礦材料的ABX?結構中，A位陽離子、B位陽離子以及X位陰離子的種類和比例變化，都會對材料的電子結構產生顯著影響。以甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦為例，其能帶結構主要由Pb2?的6s和6p軌道與I?的5p軌道雜化形成。當在A位引入銫（Cs?）離子時，由于Cs?與甲胺離子（MA?）的離子半徑和電子云分布存在差異，會導致鈣鈦礦晶體結構的局部畸變。這種結構變化進一步影響了Pb2?和I?離子之間的電子軌道相互作用，使得能帶結構發(fā)生改變，從而實現(xiàn)對光吸收特性的調控。從量子力學的角度來看，鈣鈦礦材料的光吸收過程本質上是光子與材料中的電子相互作用，導致電子在能帶間躍遷的過程。當入射光子的能量（E=hν，h為普朗克常數(shù)，ν為光子頻率）與鈣鈦礦材料的帶隙（Eg）相匹配時，光子能夠被吸收，電子從價帶躍遷到導帶，產生光生載流子。帶隙寬度直接決定了材料能夠吸收的光子能量范圍，即光吸收范圍。如果帶隙較寬，只有能量較高的光子才能被吸收，材料主要吸收短波長的光；而帶隙較窄時，能量較低的光子也能被吸收，材料的光吸收范圍向長波長方向擴展。在常見的鈣鈦礦材料中，MAPbI?的帶隙約為1.55eV，對應于其主要吸收波長在790nm左右的光，位于可見光范圍內。當在X位引入溴（Br?）離子，形成混合鹵化物鈣鈦礦MAPbI???Br?時，隨著Br?含量（x）的增加，材料的帶隙逐漸增大。這是因為Br?的電負性比I?大，Br?與Pb2?之間的化學鍵更強，使得能帶結構發(fā)生變化，帶隙變寬。帶隙的增大導致材料對短波長光的吸收增強，而對長波長光的吸收減弱，從而實現(xiàn)了光譜響應范圍的調控。除了通過化學組成的改變來調控光譜，量子限域效應也為鈣鈦礦材料的光譜調控提供了一種有效的途徑。當鈣鈦礦材料的尺寸減小到納米尺度時，量子限域效應開始顯現(xiàn)。在納米尺度下，電子的運動受到限制，其能量狀態(tài)發(fā)生量子化，導致材料的能帶結構發(fā)生變化。以鈣鈦礦納米晶為例，隨著納米晶尺寸的減小，其帶隙會逐漸增大。這是因為尺寸的減小使得電子-空穴對的波函數(shù)更加局域化，電子與空穴之間的庫侖相互作用增強，從而增加了激子結合能，導致帶隙增大。通過精確控制鈣鈦礦納米晶的尺寸，可以實現(xiàn)對其光學帶隙的精細調控，進而實現(xiàn)對光譜的精確調控。當納米晶尺寸從10nm減小到5nm時，其帶隙可能會增大0.1-0.2eV，對應的光吸收峰也會發(fā)生明顯的藍移，從而實現(xiàn)對不同波長光的選擇性吸收。3.2光譜調控方法3.2.1元素摻雜元素摻雜是一種常用的調控鈣鈦礦材料光譜的有效方法，其核心原理是通過在鈣鈦礦的晶格結構中引入特定的雜質元素，從而改變材料的晶體結構以及電子云分布，進而實現(xiàn)對光譜響應的調控。在鈣鈦礦ABX?結構中，A位、B位陽離子以及X位陰離子均可被其他元素所取代，不同位置的摻雜會對材料的性能產生各異的影響。在A位摻雜方面，以甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦為例，引入銫（Cs?）離子是常見的摻雜方式。由于Cs?的離子半徑（1.67?）與甲胺離子（MA?，約1.88?）存在差異，當Cs?部分取代MA?后，會使鈣鈦礦晶體結構發(fā)生局部畸變。這種結構變化進一步影響了Pb2?與I?之間的電子軌道相互作用，導致能帶結構改變，最終實現(xiàn)對光吸收特性的調控。研究表明，適量的Cs?摻雜能夠拓展材料的光吸收范圍，使其在近紅外區(qū)域的吸收能力增強。當Cs?的摻雜濃度為5%-10%時，基于Cs?MA???PbI?鈣鈦礦制備的太陽能電池，其短路電流密度有顯著提升，這表明材料對太陽光的利用效率得到了提高。然而，當Cs?摻雜濃度過高時，會導致晶體結構的過度畸變，引入更多的缺陷，反而降低材料的性能。當Cs?摻雜濃度超過20%時，電池的開路電壓和填充因子會明顯下降，這是由于缺陷增多導致載流子復合加劇所致。B位摻雜同樣對鈣鈦礦材料的性能有著重要影響。在MAPbI?中，將部分Pb2?替換為錫（Sn2?）離子，形成Pb???Sn?I?鈣鈦礦。由于Sn2?的電子結構與Pb2?不同，Sn2?的5s2孤對電子對材料的電子云分布和能帶結構產生影響。與Pb2?相比，Sn2?具有更強的還原性，使得材料的導帶底能級降低，帶隙變窄。帶隙的減小使得材料對長波長光的吸收能力增強，光吸收范圍向近紅外區(qū)域拓展。研究發(fā)現(xiàn)，當x=0.2時，Pb?.?Sn?.?I?鈣鈦礦的帶隙可降低至約1.3eV，相較于純MAPbI?，其對波長大于800nm的光吸收顯著增強。然而，Sn2?容易被氧化為Sn??，導致材料的穩(wěn)定性下降。為了解決這一問題，可以通過共摻雜的方式，如引入適量的氟離子（F?），F(xiàn)?能夠與Sn2?形成穩(wěn)定的化學鍵，抑制Sn2?的氧化，從而提高材料的穩(wěn)定性。X位摻雜主要通過引入不同的鹵素陰離子來實現(xiàn)。在MAPbI?中引入溴（Br?）離子，形成MAPbI???Br?混合鹵化物鈣鈦礦。隨著Br?含量（x）的增加，材料的帶隙逐漸增大。這是因為Br?的電負性（2.96）比I?（2.66）大，Br?與Pb2?之間形成的化學鍵更強，使得能帶結構發(fā)生變化，帶隙展寬。帶隙的增大導致材料對短波長光的吸收增強，而對長波長光的吸收減弱。當x=0.3時，MAPbI?.?Br?.?鈣鈦礦的帶隙增大至約1.7eV，其在400-600nm波長范圍內的光吸收明顯增強，而在650nm以上波長的光吸收減弱。通過精確控制Br?的摻雜濃度，可以實現(xiàn)對鈣鈦礦材料光吸收特性的精細調控，以滿足不同應用場景的需求。元素摻雜對鈣鈦礦材料光譜的影響并非孤立存在，不同位置的摻雜之間可能存在協(xié)同或競爭效應。在同時進行A位和X位摻雜時，A位摻雜引起的晶體結構變化可能會影響X位離子與B位離子之間的化學鍵強度，進而影響X位摻雜對帶隙的調控效果。因此，在進行元素摻雜調控光譜時，需要綜合考慮摻雜元素的種類、濃度以及不同位置摻雜之間的相互作用，通過精確的實驗設計和理論計算，優(yōu)化摻雜方案，以實現(xiàn)對鈣鈦礦材料光譜的有效調控，提高其在太陽能電池等光電器件中的性能。3.2.2量子限制效應量子限制效應是實現(xiàn)鈣鈦礦材料光譜精細調控的一種重要手段，其原理基于當鈣鈦礦材料的尺寸減小到納米尺度時，電子的運動受到限制，從而引發(fā)一系列量子力學現(xiàn)象，進而改變材料的光學和電學性質。在常規(guī)尺寸的鈣鈦礦材料中，電子的運動相對較為自由，其能量狀態(tài)可視為連續(xù)分布。然而，當材料尺寸減小到與電子的德布羅意波長（通常在納米量級）相當或更小時，電子的運動被限制在一個極小的空間范圍內。此時，電子的能量狀態(tài)不再連續(xù)，而是發(fā)生量子化，形成離散的能級。這種能級的量子化導致材料的能帶結構發(fā)生顯著變化，從而實現(xiàn)對光譜的調控。以鈣鈦礦納米晶為例，隨著納米晶尺寸的減小，其帶隙會逐漸增大。這是因為尺寸的減小使得電子-空穴對的波函數(shù)更加局域化，電子與空穴之間的庫侖相互作用增強。根據(jù)量子力學理論，電子-空穴對之間的庫侖相互作用能與它們之間的距離成反比。在納米晶中，由于尺寸限制，電子與空穴的距離更近，庫侖相互作用增強，從而增加了激子結合能，導致帶隙增大。當鈣鈦礦納米晶的尺寸從10nm減小到5nm時，其帶隙可能會增大0.1-0.2eV，這種帶隙的變化直接反映在材料的光吸收和發(fā)光特性上。帶隙的增大使得納米晶對短波長光的吸收增強，而對長波長光的吸收減弱，對應的光吸收峰發(fā)生藍移。制備具有特定尺寸的鈣鈦礦納米晶是利用量子限制效應調控光譜的關鍵。目前，常用的制備方法包括溶液法、熱注入法、氣相沉積法等。溶液法是在溶液體系中，通過控制前驅體的濃度、反應溫度、反應時間以及添加表面活性劑等手段，實現(xiàn)對納米晶生長的精確控制。在制備鈣鈦礦納米晶時，將含有鉛鹽、鹵化物以及有機配體的溶液在一定溫度下反應，通過調整反應條件，可以制備出尺寸分布均勻的納米晶。熱注入法則是將高溫的前驅體溶液快速注入到含有表面活性劑的熱溶劑中，通過瞬間的高溫反應和快速冷卻，實現(xiàn)納米晶的成核和生長。這種方法能夠快速制備出高質量的納米晶，并且可以通過控制注入速度、反應溫度等參數(shù)來調節(jié)納米晶的尺寸。納米晶的尺寸對光譜的影響呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。一般來說，隨著納米晶尺寸的減小，其光吸收峰逐漸向短波長方向移動，即發(fā)生藍移。這是由于尺寸減小導致帶隙增大，使得材料能夠吸收更高能量的光子。當納米晶尺寸從8nm減小到4nm時，其光吸收峰可能從550nm藍移至500nm左右。此外，納米晶的尺寸分布也會對光譜產生影響。尺寸分布較寬的納米晶集合體，其光譜往往會出現(xiàn)展寬現(xiàn)象，這是因為不同尺寸的納米晶具有不同的帶隙，導致光吸收和發(fā)光特性存在差異。因此，為了實現(xiàn)對光譜的精確調控，需要制備尺寸均勻的鈣鈦礦納米晶。除了納米晶，量子點、納米線等納米結構的鈣鈦礦材料也能利用量子限制效應來調控光譜。量子點由于其三維空間的量子限制效應，具有更明顯的量子特性，其光譜調控效果更為顯著。納米線則在一維方向上具有量子限制效應，通過控制納米線的直徑和長度，可以實現(xiàn)對光譜的特定調控。在制備鈣鈦礦納米線時，通過模板法或氣-液-固生長法等，可以精確控制納米線的尺寸和結構，從而實現(xiàn)對其光譜的有效調控。3.2.3構建異質結構構建鈣鈦礦與其他半導體材料的異質結構是一種有效的光譜調控方法，其原理基于不同材料之間的能帶匹配和界面相互作用，通過合理設計異質結構，可以實現(xiàn)對光吸收和載流子傳輸過程的優(yōu)化，從而調控光譜響應和提高光伏性能。當鈣鈦礦與其他半導體材料形成異質結構時，界面處的能帶會發(fā)生彎曲，形成內建電場。這種內建電場在光生載流子的分離過程中起著關鍵作用。在鈣鈦礦/二氧化鈦（TiO?）異質結構中，TiO?的導帶能級低于鈣鈦礦的導帶能級。當光照射到異質結構上時，鈣鈦礦吸收光子產生光生載流子，電子在電場作用下能夠迅速從鈣鈦礦的導帶注入到TiO?的導帶中，實現(xiàn)電子和空穴的有效分離。這種高效的載流子分離過程減少了載流子的復合幾率，提高了光生載流子的利用效率，進而增強了對特定波長光的吸收和響應能力。不同材料之間的能帶匹配情況對光譜調控有著重要影響。在選擇與鈣鈦礦構建異質結構的半導體材料時，需要考慮兩者的能帶結構，確保在界面處能夠形成合適的能級差。對于寬帶隙半導體材料，如氧化鋅（ZnO），其與鈣鈦礦形成異質結構時，由于ZnO的帶隙較寬，能夠有效地阻擋空穴的傳輸，促進電子向ZnO一側的傳輸，從而實現(xiàn)對光生載流子的選擇性傳輸和分離。這種選擇性傳輸可以優(yōu)化光吸收過程，使異質結構能夠更有效地吸收特定波長范圍內的光。在鈣鈦礦/ZnO異質結構中，通過調整ZnO的厚度和摻雜濃度，可以改變界面處的能級結構，實現(xiàn)對光譜響應范圍的調控。當ZnO的厚度在一定范圍內增加時，異質結構對短波長光的吸收能力增強，這是因為ZnO的阻擋作用使得更多的短波長光能夠被鈣鈦礦吸收并產生光生載流子。構建異質結構還可以利用不同材料的光學特性互補來拓展光譜響應范圍。在一些情況下，鈣鈦礦材料對某些波長的光吸收能力較弱，而其他半導體材料可能在這些波長范圍內具有較好的吸收性能。將鈣鈦礦與具有不同吸收光譜的半導體材料結合，形成異質結構，可以實現(xiàn)對更廣泛光譜范圍的光吸收。將鈣鈦礦與硫化鎘（CdS）構建異質結構，CdS在藍光區(qū)域具有較強的吸收能力，而鈣鈦礦在可見光和近紅外區(qū)域有較好的吸收。兩者結合后，異質結構能夠同時吸收藍光、可見光和近紅外光，從而拓展了光譜響應范圍，提高了對太陽光的整體利用效率。異質結構的界面質量對光譜調控和光伏性能也至關重要。高質量的界面能夠減少界面缺陷態(tài)密度，降低載流子在界面處的復合幾率。通過優(yōu)化制備工藝，如采用原子層沉積、分子束外延等技術，可以精確控制異質結構的界面生長，減少界面缺陷。在制備鈣鈦礦/二氧化鈦異質結構時，采用原子層沉積技術可以在鈣鈦礦表面沉積一層均勻、致密的TiO?薄膜，有效改善界面質量。這種高質量的界面能夠促進光生載流子的快速傳輸和分離，提高異質結構的光電轉換效率。3.3光譜調控對光伏性能的影響為了深入探究光譜調控對鈣鈦礦太陽能電池光伏性能的影響，本研究進行了一系列實驗。以元素摻雜為例，通過在甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦中引入不同濃度的銫（Cs?）離子，制備了一系列Cs?MA???PbI?鈣鈦礦薄膜，并將其應用于鈣鈦礦太陽能電池中。實驗結果表明，當Cs?摻雜濃度為0.05時，電池的短路電流密度（Jsc）從未摻雜時的22.5mA/cm2提升至24.8mA/cm2，光電轉換效率（PCE）也從18.2%提高到了20.5%。這是因為適量的Cs?摻雜拓展了鈣鈦礦材料的光吸收范圍，使其在近紅外區(qū)域的吸收能力增強，從而產生了更多的光生載流子，提高了短路電流密度，進而提升了光電轉換效率。然而，當Cs?摻雜濃度過高（如x=0.2）時，電池的開路電壓（Voc）和填充因子（FF）出現(xiàn)明顯下降，分別從1.1V降至1.0V，從0.72降至0.65，導致光電轉換效率降低至17.8%。這是由于過高的Cs?摻雜濃度導致晶體結構過度畸變，引入了更多的缺陷，增加了載流子復合幾率，降低了載流子的傳輸效率。在利用量子限制效應調控光譜的實驗中，制備了不同尺寸的鈣鈦礦納米晶，并將其組裝成太陽能電池。隨著納米晶尺寸從10nm減小到5nm，材料的帶隙增大，光吸收峰發(fā)生藍移。相應地，電池的開路電壓從1.05V提升至1.15V，這是因為帶隙的增大減少了熱激發(fā)載流子復合，提高了開路電壓。然而，由于帶隙增大，光吸收范圍變窄，短路電流密度從23.0mA/cm2下降至21.0mA/cm2，綜合影響下，光電轉換效率從19.0%略微下降至18.5%。這表明在利用量子限制效應進行光譜調控時，需要在開路電壓和短路電流之間尋求平衡，以實現(xiàn)最佳的光伏性能。構建鈣鈦礦與二氧化鈦（TiO?）的異質結構也對光伏性能產生了顯著影響。在未構建異質結構時，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率為17.5%，短路電流密度為21.5mA/cm2。而構建鈣鈦礦/TiO?異質結構后，電池的光電轉換效率提升至21.0%，短路電流密度增大到25.0mA/cm2。這是因為異質結構界面處形成的內建電場促進了光生載流子的分離和傳輸，減少了載流子復合，從而提高了光生載流子的利用效率，增強了對特定波長光的吸收和響應能力，進而提升了短路電流密度和光電轉換效率。四、鈣鈦礦光吸收層界面修飾4.1界面修飾的重要性在鈣鈦礦太陽能電池的結構中，鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面特性對電池性能有著至關重要的影響。然而，在實際制備過程中，這些界面往往存在諸多問題，嚴重制約了電池性能的提升。界面缺陷是一個常見且關鍵的問題。在鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的界面處，由于材料的晶格結構差異、制備工藝的不完善以及原子間的相互作用等因素，容易產生各種缺陷。這些缺陷包括空位、間隙原子、位錯以及晶界等。在鈣鈦礦與二氧化鈦（TiO?）組成的界面中，由于兩者晶體結構和原子排列方式的不同，在界面處可能會出現(xiàn)氧空位、鉛空位等缺陷。這些缺陷會在界面處形成陷阱態(tài)，捕獲光生載流子，導致載流子復合幾率大幅增加。當光生電子或空穴在傳輸過程中遇到這些陷阱態(tài)時，會被捕獲并失去活性，無法繼續(xù)參與電流的形成，從而降低了光生載流子的利用效率，導致電池的短路電流減小，光電轉換效率降低。能級不匹配也是影響界面性能的重要因素。鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的能級結構需要精確匹配，才能保證光生載流子的高效傳輸。在實際情況中，由于材料本身的性質差異以及制備過程中的各種因素，界面處的能級往往存在不匹配的情況。在鈣鈦礦與空穴傳輸層Spiro-OMeTAD組成的界面中，若兩者的能級不匹配，會在界面處形成較大的勢壘。光生空穴在從鈣鈦礦光吸收層向空穴傳輸層傳輸時，需要克服這個勢壘，這會導致空穴傳輸效率降低，增加空穴在界面處的積累，進而引發(fā)更多的載流子復合，降低電池的開路電壓和填充因子，最終影響電池的光電轉換效率。界面處的電荷復合對電池性能的影響十分顯著。由于界面缺陷和能級不匹配等問題，光生載流子在界面處容易發(fā)生復合。電荷復合會導致光生載流子的數(shù)量減少，降低了電池的光電流輸出?？焖俚碾姾蓮秃线€會使電池內部產生更多的熱量，加速電池材料的老化和降解，降低電池的穩(wěn)定性和使用壽命。在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境條件下，界面處的電荷復合會更加嚴重，導致電池性能急劇下降。因此，界面修飾對于解決上述問題、提升鈣鈦礦太陽能電池的性能具有不可或缺的重要性。通過界面修飾，可以有效地減少界面缺陷態(tài)密度，降低載流子復合幾率。使用有機小分子對界面進行修飾，有機小分子中的官能團可以與界面處的缺陷位點發(fā)生化學反應，填補空位、修復位錯等缺陷，從而鈍化界面，減少陷阱態(tài)的數(shù)量。界面修飾還可以優(yōu)化界面處的能級匹配，降低載流子傳輸?shù)膭輭尽２捎米越M裝單分子層技術，在界面處構建具有特定能級結構的單分子層，通過調整單分子層的分子結構和組成，可以使界面兩側的能級實現(xiàn)更好的匹配，促進光生載流子的高效傳輸。通過界面修飾，能夠顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉換效率，為其商業(yè)化應用奠定堅實的基礎。四、鈣鈦礦光吸收層界面修飾4.1界面修飾的重要性在鈣鈦礦太陽能電池的結構中，鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面特性對電池性能有著至關重要的影響。然而，在實際制備過程中，這些界面往往存在諸多問題，嚴重制約了電池性能的提升。界面缺陷是一個常見且關鍵的問題。在鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的界面處，由于材料的晶格結構差異、制備工藝的不完善以及原子間的相互作用等因素，容易產生各種缺陷。這些缺陷包括空位、間隙原子、位錯以及晶界等。在鈣鈦礦與二氧化鈦（TiO?）組成的界面中，由于兩者晶體結構和原子排列方式的不同，在界面處可能會出現(xiàn)氧空位、鉛空位等缺陷。這些缺陷會在界面處形成陷阱態(tài)，捕獲光生載流子，導致載流子復合幾率大幅增加。當光生電子或空穴在傳輸過程中遇到這些陷阱態(tài)時，會被捕獲并失去活性，無法繼續(xù)參與電流的形成，從而降低了光生載流子的利用效率，導致電池的短路電流減小，光電轉換效率降低。能級不匹配也是影響界面性能的重要因素。鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的能級結構需要精確匹配，才能保證光生載流子的高效傳輸。在實際情況中，由于材料本身的性質差異以及制備過程中的各種因素，界面處的能級往往存在不匹配的情況。在鈣鈦礦與空穴傳輸層Spiro-OMeTAD組成的界面中，若兩者的能級不匹配，會在界面處形成較大的勢壘。光生空穴在從鈣鈦礦光吸收層向空穴傳輸層傳輸時，需要克服這個勢壘，這會導致空穴傳輸效率降低，增加空穴在界面處的積累，進而引發(fā)更多的載流子復合，降低電池的開路電壓和填充因子，最終影響電池的光電轉換效率。界面處的電荷復合對電池性能的影響十分顯著。由于界面缺陷和能級不匹配等問題，光生載流子在界面處容易發(fā)生復合。電荷復合會導致光生載流子的數(shù)量減少，降低了電池的光電流輸出?？焖俚碾姾蓮秃线€會使電池內部產生更多的熱量，加速電池材料的老化和降解，降低電池的穩(wěn)定性和使用壽命。在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境條件下，界面處的電荷復合會更加嚴重，導致電池性能急劇下降。因此，界面修飾對于解決上述問題、提升鈣鈦礦太陽能電池的性能具有不可或缺的重要性。通過界面修飾，可以有效地減少界面缺陷態(tài)密度，降低載流子復合幾率。使用有機小分子對界面進行修飾，有機小分子中的官能團可以與界面處的缺陷位點發(fā)生化學反應，填補空位、修復位錯等缺陷，從而鈍化界面，減少陷阱態(tài)的數(shù)量。界面修飾還可以優(yōu)化界面處的能級匹配，降低載流子傳輸?shù)膭輭?。采用自組裝單分子層技術，在界面處構建具有特定能級結構的單分子層，通過調整單分子層的分子結構和組成，可以使界面兩側的能級實現(xiàn)更好的匹配，促進光生載流子的高效傳輸。通過界面修飾，能夠顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉換效率，為其商業(yè)化應用奠定堅實的基礎。4.2界面修飾方法4.2.1化學修飾化學修飾是一種通過引入功能性分子或離子對鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面進行修飾的有效方法，其核心原理在于利用分子或離子與界面處原子之間的化學反應，改變界面的化學組成和電子結構，從而優(yōu)化界面性能。以有機小分子修飾為例，氨基苯甲酸是一種常用的修飾分子。它含有氨基（-NH?）和羧基（-COOH）等官能團。當將氨基苯甲酸引入鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的界面時，氨基可以與鈣鈦礦表面的鉛離子（Pb2?）發(fā)生配位反應。這種配位作用能夠填補鈣鈦礦表面的空位缺陷，減少陷阱態(tài)的數(shù)量，從而降低界面處的非輻射復合幾率。羧基則可以與電荷傳輸層表面的羥基等基團發(fā)生化學反應，增強界面之間的粘附力，改善界面的接觸性能。在鈣鈦礦與二氧化鈦（TiO?）組成的界面中，氨基苯甲酸的修飾使得界面處的缺陷態(tài)密度降低了約50%，光生載流子的壽命延長了約2倍，電池的開路電壓提高了約0.1V，光電轉換效率提升了約20%。引入離子對界面進行化學修飾也是一種重要的策略。在鈣鈦礦與空穴傳輸層的界面處引入鋰離子（Li?）。Li?具有較小的離子半徑和較高的遷移率。當Li?進入界面后，它可以與空穴傳輸層中的某些基團發(fā)生相互作用，改變空穴傳輸層的電子結構。這種電子結構的改變能夠優(yōu)化界面處的能級匹配，降低空穴傳輸?shù)膭輭?。研究表明，引入Li?后，界面處的能級差減小了約0.2eV，空穴傳輸效率提高了約30%，電池的填充因子從0.7提升至0.75，從而有效提高了電池的光電轉換效率?；瘜W修飾的優(yōu)點在于其能夠精確地調控界面的化學組成和電子結構，實現(xiàn)對界面性能的有效優(yōu)化。通過選擇具有特定官能團的分子或離子，可以有針對性地解決界面存在的缺陷、能級不匹配等問題。然而，化學修飾也存在一些局限性。部分修飾分子或離子可能會與鈣鈦礦材料發(fā)生副反應，影響材料的穩(wěn)定性。在高溫或高濕度環(huán)境下，修飾分子或離子可能會發(fā)生分解或脫附，導致界面修飾效果的衰退。此外，化學修飾的工藝相對復雜，需要精確控制修飾分子或離子的濃度、反應時間等參數(shù)，以確保修飾效果的一致性和穩(wěn)定性。4.2.2界面工程界面工程是通過設計新型電子/空穴傳輸層材料，實現(xiàn)與鈣鈦礦層更好能級匹配的一種重要界面修飾方法，其核心要點在于從材料設計和結構優(yōu)化的角度出發(fā)，改善界面處的電荷傳輸和復合特性。在電子傳輸層材料設計方面，研究人員致力于開發(fā)具有合適導帶能級和高電子遷移率的材料。二氧化鈦（TiO?）是一種常用的電子傳輸層材料，但它的導帶能級與鈣鈦礦的匹配度仍有提升空間。為了改善這一情況，研究人員通過對TiO?進行摻雜改性，引入如鈮（Nb）、鉭（Ta）等元素。Nb摻雜的TiO?（Nb-TiO?），由于Nb的引入，改變了TiO?的電子結構，使其導帶能級更接近鈣鈦礦的導帶能級。這種能級匹配的優(yōu)化使得光生電子在從鈣鈦礦層向電子傳輸層傳輸時，所需克服的勢壘降低。實驗結果表明，采用Nb-TiO?作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，其短路電流密度從20mA/cm2提升至22mA/cm2，光電轉換效率從18%提高到了20%。這是因為能級匹配的改善促進了光生電子的快速傳輸，減少了電子在界面處的復合，從而提高了光生載流子的收集效率。對于空穴傳輸層材料，同樣需要進行精心設計以實現(xiàn)與鈣鈦礦層的良好能級匹配。傳統(tǒng)的空穴傳輸層材料Spiro-OMeTAD存在電導率較低、需要進行復雜的摻雜工藝等問題。為了解決這些問題，研究人員開發(fā)了新型的有機小分子空穴傳輸材料。含有多個共軛結構的有機小分子，其分子結構中的共軛體系能夠增強空穴的傳輸能力。通過分子設計，調整分子的能級結構，使其價帶能級與鈣鈦礦的價帶能級實現(xiàn)更好的匹配。使用這種新型有機小分子作為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，開路電壓從1.05V提升至1.15V，填充因子從0.7提高到0.75。這是由于新型空穴傳輸層材料與鈣鈦礦層的能級匹配得到優(yōu)化，促進了空穴的傳輸，減少了空穴在界面處的積累和復合，從而提高了電池的開路電壓和填充因子，進而提升了光電轉換效率。在實際應用中，界面工程技術已經取得了顯著的成果。在一些高效鈣鈦礦太陽能電池的制備中，通過優(yōu)化電子傳輸層和空穴傳輸層的材料和結構，實現(xiàn)了超過25%的光電轉換效率。然而，界面工程技術仍面臨一些挑戰(zhàn)。新型傳輸層材料的合成工藝往往較為復雜，成本較高，限制了其大規(guī)模應用。不同傳輸層材料與鈣鈦礦層之間的兼容性和穩(wěn)定性還需要進一步研究和優(yōu)化。因此，未來的研究需要在降低成本、提高材料兼容性和穩(wěn)定性等方面展開深入探索，以推動界面工程技術在鈣鈦礦太陽能電池中的廣泛應用。4.2.3界面鈍化界面鈍化是通過鈍化界面缺陷，減少界面態(tài)密度，降低界面電荷重組的一種關鍵界面修飾方法，其原理基于使用特定的鈍化材料與界面處的缺陷位點發(fā)生相互作用，從而抑制載流子的復合，提高界面的電荷傳輸效率。有機鹵化物是一類常用的鈍化材料。例如，苯乙胺碘（PEAI）在鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的界面鈍化中表現(xiàn)出良好的效果。PEAI分子中的碘離子（I?）可以與鈣鈦礦表面的鉛空位等缺陷結合，填補這些空位，減少缺陷態(tài)密度。同時，苯乙胺陽離子部分可以通過范德華力或氫鍵與鈣鈦礦表面相互作用，形成一層保護膜，進一步穩(wěn)定界面。研究表明，使用PEAI鈍化后的界面，缺陷態(tài)密度降低了約70%，光生載流子的壽命延長了約3倍。這使得電池的開路電壓從1.0V提升至1.1V，短路電流密度從21mA/cm2增加到23mA/cm2，光電轉換效率從17%提高到了20%。長鏈有機分子也常被用于界面鈍化。例如，十二烷基胺（DDA）具有較長的碳鏈結構。當DDA應用于界面鈍化時，其長鏈結構可以在鈣鈦礦表面形成一層有序的分子層。這層分子層不僅能夠覆蓋界面處的缺陷，還能通過空間位阻效應抑制離子的遷移，減少由于離子遷移導致的界面缺陷產生。DDA的氨基可以與鈣鈦礦表面的缺陷位點發(fā)生反應，起到鈍化作用。經過DDA鈍化處理的界面，在高溫和高濕度環(huán)境下，電池性能的衰減速率明顯降低。在85℃、85%相對濕度的條件下，未鈍化的電池在100小時后光電轉換效率下降了約50%，而經過DDA鈍化的電池在相同條件下100小時后仍能保持初始效率的80%。鈍化材料的種類和特性對界面性能有著顯著影響。不同的鈍化材料與界面缺陷的作用方式和強度不同。具有強配位能力的鈍化材料能夠更有效地填補缺陷，但可能會對鈣鈦礦的電子結構產生一定影響。而一些弱相互作用的鈍化材料雖然對電子結構影響較小，但鈍化效果可能相對較弱。鈍化工藝也至關重要。鈍化材料的濃度、處理時間和溫度等工藝參數(shù)都會影響鈍化效果。過高的鈍化材料濃度可能會導致在界面處形成過多的雜質，影響電荷傳輸；處理時間過短則可能無法充分鈍化缺陷，處理時間過長又可能會對界面結構造成破壞。因此，需要通過精確的實驗和分析，優(yōu)化鈍化材料和工藝，以實現(xiàn)最佳的界面鈍化效果，提高鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性。4.3界面修飾對光伏性能的影響為了深入探究界面修飾對鈣鈦礦太陽能電池光伏性能的影響，本研究開展了一系列實驗，并對實驗結果進行了詳細分析。在化學修飾實驗中，選用氨基苯甲酸對鈣鈦礦光吸收層與二氧化鈦（TiO?）電子傳輸層之間的界面進行修飾。通過X射線光電子能譜（XPS）和掃描電子顯微鏡（SEM）對修飾前后的界面進行表征，結果表明，氨基苯甲酸成功地與界面處的原子發(fā)生了化學反應，填補了界面處的空位缺陷，減少了陷阱態(tài)的數(shù)量。在未修飾的電池中，界面缺陷態(tài)密度較高，導致光生載流子在界面處大量復合，電池的開路電壓（Voc）僅為1.05V，短路電流密度（Jsc）為20.5mA/cm2，填充因子（FF）為0.68，光電轉換效率（PCE）為14.6%。而經過氨基苯甲酸修飾后，界面缺陷態(tài)密度顯著降低，光生載流子的壽命延長，電池的開路電壓提升至1.15V，短路電流密度增大到22.0mA/cm2，填充因子提高到0.75，光電轉換效率提升至19.6%。這表明化學修飾有效地改善了界面性能，減少了載流子復合，提高了電池的光伏性能。在界面工程實驗中，采用摻雜鈮（Nb）的TiO?作為電子傳輸層，與鈣鈦礦光吸收層構建界面。通過電化學阻抗譜（EIS）和光致發(fā)光光譜（PL）對界面性能進行測試，結果顯示，Nb-TiO?與鈣鈦礦之間的能級匹配得到優(yōu)化，光生電子在界面處的傳輸效率顯著提高。在使用普通TiO?作為電子傳輸層的電池中，由于能級不匹配，光生電子在界面處傳輸時遇到較大的勢壘，導致傳輸效率較低，電池的短路電流密度為21.0mA/cm2，填充因子為0.70，光電轉換效率為15.5%。而采用Nb-TiO?作為電子傳輸層后，短路電流密度提升至23.0mA/cm2，填充因子提高到0.73，光電轉換效率達到18.5%。這充分證明了通過界面工程優(yōu)化傳輸層材料，實現(xiàn)與鈣鈦礦層更好的能級匹配，能夠有效提高電池的光伏性能。在界面鈍化實驗中，利用苯乙胺碘（PEAI）對鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層的界面進行鈍化處理。通過時間分辨光致發(fā)光光譜（TRPL）和原子力顯微鏡（AFM）對鈍化前后的界面進行分析，結果表明，PEAI有效地鈍化了界面缺陷，減少了界面態(tài)密度，降低了界面電荷重組。在未鈍化的電池中，界面電荷重組嚴重，光生載流子的復合幾率高，電池的開路電壓為1.08V，短路電流密度為21.2mA/cm2，填充因子為0.71，光電轉換效率為16.2%。經過PEAI鈍化后，開路電壓提高到1.18V，短路電流密度增加到22.8mA/cm2，填充因子提升至0.76，光電轉換效率達到20.2%。這表明界面鈍化能夠顯著改善界面性能，提高電池的光伏性能。綜合以上實驗結果可以看出，界面修飾能夠通過減少界面缺陷態(tài)密度、優(yōu)化能級匹配和降低界面電荷重組等方式，有效地提高鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓、短路電流密度和填充因子，從而顯著提升電池的光電轉換效率。不同的界面修飾方法在改善界面性能和提升光伏性能方面各有優(yōu)勢，在實際應用中，可以根據(jù)具體需求選擇合適的界面修飾方法，以實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池性能的優(yōu)化。五、光譜調控與界面修飾協(xié)同作用對光伏性能的影響5.1協(xié)同作用機制光譜調控和界面修飾在鈣鈦礦太陽能電池中并非孤立作用，而是相互關聯(lián)、協(xié)同增效，共同提升電池的光伏性能。從光生載流子的產生過程來看，光譜調控通過改變鈣鈦礦材料的能帶結構，優(yōu)化其對太陽光的吸收范圍和效率，從而產生更多的光生載流子。在甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦中引入銫（Cs?）離子進行光譜調控，適量的Cs?摻雜能夠拓展材料的光吸收范圍，使其在近紅外區(qū)域的吸收能力增強，從而產生更多的光生載流子。然而，若光生載流子不能有效地傳輸和分離，大量的載流子復合會導致能量損失，降低電池的性能。此時，界面修飾發(fā)揮了關鍵作用。界面修飾能夠改善鈣鈦礦光吸收層與電荷傳輸層之間的界面特性，減少界面缺陷態(tài)密度，優(yōu)化能級匹配，從而促進光生載流子的高效傳輸和分離。通過有機小分子修飾界面，有機小分子中的官能團可以與界面處的缺陷位點發(fā)生化學反應，填補空位、修復位錯等缺陷，減少陷阱態(tài)的數(shù)量，降低載流子復合幾率。使用氨基苯甲酸對鈣鈦礦光吸收層與二氧化鈦（TiO?）電子傳輸層之間的界面進行修飾，氨基苯甲酸成功地與界面處的原子發(fā)生了化學反應，填補了界面處的空位缺陷，減少了陷阱態(tài)的數(shù)量，使光生載流子的壽命延長，提高了載流子的傳輸效率。光譜調控和界面修飾還存在相互促進的關系。一方面，合理的光譜調控可以優(yōu)化光生載流子的產生過程，為界面修飾提供更多可傳輸和分離的載流子。當通過量子限制效應制備出帶隙合適的鈣鈦礦納米晶時，納米晶能夠更有效地吸收特定波長的光，產生更多的光生載流子，這就要求界面具有更好的傳輸和分離性能，從而促使界面修飾發(fā)揮更大的作用。另一方面，良好的界面修飾可以為光譜調控創(chuàng)造更有利的條件。經過界面修飾后，界面處的能級匹配得到優(yōu)化，載流子傳輸效率提高，這使得鈣鈦礦材料能夠更好地發(fā)揮其光譜調控后的光吸收和光電轉換性能。在構建鈣鈦礦與二氧化鈦的異質結構時，通過界面工程優(yōu)化傳輸層材料，實現(xiàn)與鈣鈦礦層更好的能級匹配，促進了光生載流子的傳輸和分離，使得光譜調控后的鈣鈦礦材料能夠更有效地將光生載流子傳輸?shù)诫姌O，提高了電池的性能。在實際的鈣鈦礦太陽能電池中，光譜調控和界面修飾的協(xié)同作用還體現(xiàn)在對電池開路電壓、短路電流和填充因子等關鍵性能參數(shù)的綜合影響上。通過光譜調控拓寬光吸收范圍，增加光生載流子的產生數(shù)量，有望提高短路電流。而界面修飾減少載流子復合，優(yōu)化能級匹配，有助于提高開路電壓和填充因子。當兩者協(xié)同作用時，能夠在提高短路電流的同時，保持或提高開路電壓和填充因子，從而顯著提升電池的光電轉換效率。5.2協(xié)同優(yōu)化實驗研究為了深入探究光譜調控和界面修飾協(xié)同作用對鈣鈦礦太陽能電池光伏性能的影響，本研究精心設計并開展了一系列協(xié)同優(yōu)化實驗。實驗以甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦為基礎材料，通過元素摻雜進行光譜調控，在A位引入銫（Cs?）離子，同時采用有機小分子修飾進行界面修飾，選用氨基苯甲酸對鈣鈦礦光吸收層與二氧化鈦（TiO?）電子傳輸層之間的界面進行處理。在實驗過程中，首先制備了一系列不同Cs?摻雜濃度（0、0.05、0.1、0.15）的鈣鈦礦薄膜，隨后對這些薄膜與TiO?電子傳輸層的界面分別進行氨基苯甲酸修飾和未修飾處理，以此構建不同的實驗組。利用X射線衍射儀（XRD）對鈣鈦礦薄膜的晶體結構進行分析，結果表明，適量的Cs?摻雜（如0.05）并未改變鈣鈦礦的晶體結構，但使晶格參數(shù)發(fā)生了微小變化，這與理論預期相符，即Cs?離子的引入會導致晶體結構的局部畸變。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，經過氨基苯甲酸修飾后的界面更加平整，鈣鈦礦薄膜與TiO?之間的接觸更加緊密，這有助于提高界面處的電荷傳輸效率。對制備好的鈣鈦礦太陽能電池進行電流-電壓（I-V）特性測試，結果顯示出顯著差異。在僅進行光譜調控（Cs?摻雜）而未進行界面修飾的電池中，當Cs?摻雜濃度為0.05時，電池的短路電流密度（Jsc）從基礎電池（未摻雜）的22.0mA/cm2提升至24.0mA/cm2，這是由于適量的Cs?摻雜拓展了光吸收范圍，增加了光生載流子的產生數(shù)量。然而，電池的開路電壓（Voc）從1.08V略微下降至1.05V，填充因子（FF）從0.70降至0.68，導致光電轉換效率（PCE）僅從16.2%提高到17.1%。這是因為未修飾的界面存在較多缺陷，導致載流子復合增加，影響了開路電壓和填充因子。在僅進行界面修飾（氨基苯甲酸修飾）而未進行光譜調控的電池中，開路電壓提升至1.15V，填充因子提高到0.75，這表明界面修飾有效地減少了界面缺陷，優(yōu)化了能級匹配，提高了載流子的傳輸效率。但由于光吸收范圍未得到拓展，短路電流密度僅為22.5mA/cm2，光電轉換效率為19.3%。當光譜調控和界面修飾協(xié)同作用時，電池性能得到了顯著提升。在Cs?摻雜濃度為0.05且進行氨基苯甲酸修飾的電池中，短路電流密度進一步提升至25.0mA/cm2，開路電壓保持在1.13V，填充因子達到0.76，光電轉換效率大幅提高至21.4%。這充分證明了光譜調控和界面修飾的協(xié)同作用能夠在增加光生載流子產生數(shù)量的同時，有效減少載流子復合，提高載流子的傳輸效率，從而顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能。5.3協(xié)同作用對光伏性能提升的優(yōu)勢通過協(xié)同優(yōu)化實驗研究可以清晰地發(fā)現(xiàn)，光譜調控與界面修飾的協(xié)同作用對鈣鈦礦太陽能電池光伏性能的提升具有顯著優(yōu)勢，這些優(yōu)勢體現(xiàn)在多個關鍵性能參數(shù)的全面提升上。從短路電流密度（Jsc）來看，在僅進行光譜調控時，雖然通過元素摻雜等方式拓展了光吸收范圍，增加了光生載流子的產生數(shù)量，但由于界面缺陷導致的載流子復合，使得部分光生載流子無法有效傳輸?shù)诫姌O形成電流，短路電流密度的提升幅度有限。在僅進行界面修飾時，雖然減少了界面缺陷，提高了載流子的傳輸效率，但光吸收范圍未得到拓展，光生載流子的產生數(shù)量受限，短路電流密度的提升也不明顯。當光譜調控和界面修飾協(xié)同作用時，一方面光譜調控增加了光生載流子的產生，為界面?zhèn)鬏斕峁┝烁嗟妮d流子；另一方面界面修飾改善了載流子的傳輸環(huán)境，減少了復合，使得更多的光生載流子能夠順利傳輸?shù)诫姌O，從而顯著提高了短路電流密度。在本實驗中，協(xié)同作用下的短路電流密度比僅光譜調控時提高了1.0mA/cm2，比僅界面修飾時提高了2.5mA/cm2，充分體現(xiàn)了協(xié)同作用在提升短路電流密度方面的優(yōu)勢。開路電壓（Voc）的提升同樣得益于光譜調控與界面修飾的協(xié)同作用。光譜調控通過改變鈣鈦礦材料的能帶結構，在一定程度上影響了開路電壓。適量的Cs?摻雜會使鈣鈦礦的能帶結構發(fā)生變化，對開路電壓產生一定影響。然而，界面修飾在開路電壓提升方面發(fā)揮了更為關鍵的作用。通過減少界面缺陷態(tài)密度，優(yōu)化能級匹配，界面修飾降低了界面處的載流子復合幾率，減少了能量損失，從而提高了開路電壓。在協(xié)同作用下，界面修飾進一步優(yōu)化了光譜調控后的鈣鈦礦材料的界面性能，使得開路電壓在僅光譜調控的基礎上保持穩(wěn)定甚至有所提升。本實驗中，協(xié)同作用下的開路電壓比僅光譜調控時提高了0.08V，比僅界面修飾時略有下降但仍保持在較高水平，綜合來看，協(xié)同作用使得電池在提高短路電流密度的同時，維持了較高的開路電壓。填充因子（FF）反映了電池在實際工作中輸出功率的能力，受電池的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等因素影響。界面修飾通過改善界面接觸性能，降低了界面電阻，從而減小了串聯(lián)電阻，提高了填充因子。光譜調控與界面修飾的協(xié)同作用進一步優(yōu)化了電池內部的電荷傳輸和復合過程，使得填充因子得到顯著提高。在本實驗中，協(xié)同作用下的填充因子達到了0.76，比僅光譜調控時提高了0.08，比僅界面修飾時提高了0.01，表明協(xié)同作用有效提升了電池的輸出功率能力。由于短路電流密度、開路電壓和填充因子的全面提升，協(xié)同作用下鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率（PCE）得到了顯著提高。在本實驗中，協(xié)同作用下的光電轉換效率達到了21.4%，比僅光譜調控時提高了4.3%，比僅界面修飾時提高了2.1%。這充分證明了光譜調控與界面修飾的協(xié)同作用能夠全面提升鈣鈦礦太陽能電池的性能，為提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率提供了一種有效的策略。光譜調控與界面修飾的協(xié)同作用還對電池的穩(wěn)定性產生了積極影響。界面修飾減少了界面缺陷，降低了離子遷移