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基于倒金字塔结构Er3?和Yb3?共掺杂TiO?纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池：红外响应与电流密度提升

DOI：10.1016/j.ceramint.2020.01.249 期刊：Ceramics International 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 本研究中，通过一步水热法同步制备了Yb3?、Er3?共掺杂TiO?倒金字塔纳米棒(NR)阵列（作为介孔支撑层）和致密TiO?薄膜（作为电子阻挡层）。扫描电镜结果表明，Er3?和Yb3?的掺入不仅改变了纳米棒的生长速率，还影响了TiO?纳米棒的形貌。Er3?、Yb3?共掺杂TiO?纳米棒呈现倒金字塔结构，这种形貌有利于钙钛矿渗透和光利用。值得注意的是，共掺杂导致TiO?带隙改变，并使电流密度提升25%。电化学阻抗谱显示，掺杂TiO?纳米棒器件的复合电阻更高而转移电阻更低，因此其电子复合速率更低。J-V测试表明，上转换Er/Yb共掺杂器件电流密度提高25%，光子-电子转换效率提升17%。此外，基于TiO?纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池优化效率达10.02%。该Er/Yb共掺杂器件还具有近红外响应，在800-1100 nm红外光照下实现0.1%的效率。这种上转换材料能将光伏响应拓展至近红外区并提升太阳光利用率。
作者： Ling Wang，Koucheng Chen，Hui Tong，Ke Wang，Lu Tao，Yinxi Zhang，Xingfu Zhou
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究Yb3+和Er3+共掺杂对TiO2纳米棒阵列在钙钛矿太阳能电池中增强红外响应和提高电流密度的影响。

研究成果

掺杂Yb3+和Er3+的TiO2倒金字塔纳米棒阵列显著提升了钙钛矿太阳能电池的电流密度与光子-电子转换效率，优化后效率达10.02%。该掺杂器件还展现出近红外响应，在红外光照射下实现0.1%的效率。

研究不足

该研究聚焦于提升红外响应和电流密度，但未深入探究掺杂二氧化钛纳米棒（TiO2 NRs）在工业应用中的长期稳定性和可扩展性。

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