利用铝纳米粒子修饰的PC61BM层调控CH3NH3PbI3钙钛矿光伏器件的光电性能

摘要： 在光伏领域，光捕获是提升光电转换效率（PCE）的关键因素之一。钙钛矿光伏器件可通过多种方法实现光子捕获。通过在界面处或钙钛矿活性层本身引入金属纳米颗粒来捕获光，也能增强光捕获效果。金属纳米颗粒对光的吸收或散射作用取决于其粒径大小：当颗粒尺寸小于20纳米时，通过局域表面等离子体共振（LSPR）激发，纳米颗粒会表现出亚波长天线特性，使等离子体颗粒的近场效应与CH3NH3PbI3活性层相互作用；而大于20纳米的较大颗粒则作为光的亚波长散射中心，有助于捕获入射光。 为利用双重效应，在PC61BM/Al电极界面处的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池中引入了粒径20-70纳米的多分散球形铝纳米颗粒（AlNPs）。结果表明，嵌入AlNPs的器件光学吸收显著增强。通过对光学吸收、光致发光特性、电荷陷阱密度、载流子浓度及光伏性能的详细研究证实，功率转换效率的提升源于短路电流（JSC）的提高。器件性能评估显示，JSC的改善不仅源于串联电阻降低，更得益于散射效应和等离子体效应共同增强了活性层的光子捕获能力。