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

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。