鈣鈦礦太陽(yáng)能電池載流子復(fù)合抑制

I目錄

■CONTENTS

第一部分鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的載流子復(fù)合機(jī)制...............................2

第二部分界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的影響........................................5

第三部分表面修飾抑制載流子復(fù)合的策略......................................7

第四部分體相缺陷工程優(yōu)化載流子復(fù)合.......................................11

第五部分能級(jí)匹配避免載流子注入復(fù)合.......................................14

第六部分材料結(jié)構(gòu)調(diào)控影響載流子復(fù)合.......................................17

第七部分界面功能層抑制載流子復(fù)合.........................................19

第八部分復(fù)合抑制的表征與評(píng)價(jià)方法.........................................22

第一部分鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的載流子復(fù)合機(jī)制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

缺陷態(tài)復(fù)合

1.晶格缺陷、表面缺陷和界面缺陷等結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)產(chǎn)生能級(jí)

陷阱，導(dǎo)致載流子捕獲和復(fù)合。

2.缺陷態(tài)可以通過(guò)引入雜質(zhì)、氧空位或晶界等途徑形成，

箕分布和類(lèi)型影響復(fù)合速率C

3.表面鈍化、界面鈍化和缺陷鈍化可以有效抑制缺陷態(tài)復(fù)

合，提高太陽(yáng)能電池效率。

界面復(fù)合

1.鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的界面處存在能級(jí)不匹配和空

間電荷層，導(dǎo)致載流子積累和復(fù)合。

2.界面處的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)受界面結(jié)構(gòu)、能帶對(duì)齊和表面

態(tài)的影響。

3.優(yōu)化鈣鈦礦結(jié)晶取向、引入過(guò)渡層和表面改性有助于減

弱界面復(fù)合，提高截流子壽命。

體復(fù)合

1.鈣鈦礦層內(nèi)的自由載流子可以通過(guò)自旋翻轉(zhuǎn)和陷阱輔助

復(fù)合等機(jī)制復(fù)合。

2.鈣鈦礦材料的缺陷濃度、晶體結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)含量影響體復(fù)

合速率。

3.提高鈣鈦礦層的晶體質(zhì)量、優(yōu)化攙雜濃度和引入復(fù)合抑

制劑可以降低體復(fù)合，莢長(zhǎng)載流子壽命。

雜質(zhì)輔助復(fù)合

1.鈣鈦礦層中存在的雜質(zhì)離子（如鉛空位、鹵素空位和氧

雜質(zhì)）會(huì)形成雜質(zhì)態(tài)，參與載流子復(fù)合。

2.雜質(zhì)態(tài)的能級(jí)分布和濃度影響復(fù)合速率，高濃度的雜質(zhì)

會(huì)嚴(yán)重降低載流子壽命。

3.優(yōu)化鈣鈦礦前驅(qū)體純度、控制工藝條件和引入雜質(zhì)鈍化

劑有助于減少雜質(zhì)輔助復(fù)合，提高太陽(yáng)能電池效率。

光致復(fù)合

1.光照條件下，光生載流子濃度增加，導(dǎo)致載流子復(fù)合速

率上升。

2.光致復(fù)合受光強(qiáng)、光譜分布和鈣鈦礦材料的吸收特性影

響。

3.優(yōu)化鈣鈦礦材料的吸收譜、引入光致復(fù)合抑制劑和增強(qiáng)

載流子傳輸可以降低光致復(fù)合，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

界面電場(chǎng)輔助復(fù)合

1.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中存在內(nèi)建電場(chǎng)，該電場(chǎng)可以加速載

流子向復(fù)合區(qū)傳輸，增加復(fù)合速率。

2.界面電場(chǎng)強(qiáng)度受電荷1專(zhuān)輸層性質(zhì)、鈣鈦礦層厚度和我流

子濃度影響。

3.優(yōu)化電荷傳輸層材料.控制鈣鈦礦層厚度和引入電場(chǎng)調(diào)

節(jié)劑可以抑制界面電場(chǎng)塘助復(fù)合，提高教流子提取效率。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的載流子復(fù)合機(jī)制

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種新型高效光伏技術(shù)，但其載流子復(fù)合問(wèn)題影

響了其轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升。理解復(fù)合機(jī)制對(duì)于優(yōu)化器件性能和提

高效率至關(guān)重要。

Shockley-Read-Hall(SRH)復(fù)合

SRH復(fù)合是由缺陷杰引起的，這些缺陷態(tài)位于禁帶內(nèi)。當(dāng)載流子捕獲

到這些缺陷態(tài)時(shí)，它們會(huì)釋放能量以聲子的形式釋放出來(lái)，從而導(dǎo)致

載流子復(fù)合。

SRH復(fù)合速率受缺陷態(tài)密度、載流子濃度和溫度的影響。缺陷態(tài)密度

越高，復(fù)合速率越大。較高載流子濃度會(huì)導(dǎo)致缺陷態(tài)更容易被填充,

從而增加復(fù)合速率,溫度升高會(huì)增加載流子的能量，從而提高復(fù)合概

率。

Auger復(fù)合

Auger復(fù)合涉及三個(gè)載流子(兩個(gè)電子和一個(gè)空穴)，其中一個(gè)載流子

通過(guò)釋放能量給其他兩個(gè)載流子而消失。多余的能量以另一個(gè)載流子

的形式釋放出來(lái)，從而導(dǎo)致凈載流子復(fù)合。

Auger復(fù)合速率與載流子濃度的平方成正比。對(duì)于高載流子濃度的鈣

鈦礦太陽(yáng)能電池，Auger復(fù)合是一個(gè)重要的復(fù)合機(jī)制。

*鈍化表面：通過(guò)鈍化活性層表面來(lái)鈍化缺陷態(tài)，防止缺陷態(tài)與載流

子相互作用。

*梯度摻雜：通過(guò)在活性層中引入載流子濃度梯度來(lái)降低復(fù)合速率。

*使用寬禁帶電荷傳輸層：寬禁帶電荷傳輸層可以阻擋載流子向界面

遷移，從而降低復(fù)合速率。

*熱燒處理：通過(guò)熱燒處理來(lái)修復(fù)缺陷態(tài)并減少?gòu)?fù)合速率。

通過(guò)抑制復(fù)合機(jī)制，可以提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的載流子壽命、光生

載流子濃度和轉(zhuǎn)換效率。

第二部分界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的影響

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

【界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的

影響】：1.界面缺陷的形成：鈣次礦太陽(yáng)能電池中，由于不同材料

之間的界面不匹配，晶格缺陷、化學(xué)污染等因素會(huì)產(chǎn)生界

面缺陷，形成雜質(zhì)能級(jí)或陷阱態(tài)。

2.復(fù)合路徑的提供：界面缺陷為截流子提供了復(fù)合路徑，

導(dǎo)致自由電子和空穴在界面處相遇并復(fù)合，從而降低入陽(yáng)

能電池的效率。

3.電荷分離的阻礙：界面缺陷的存在會(huì)影響電荷的分離和

傳輸，阻礙光生載流子的擴(kuò)散和收集，從而降低太陽(yáng)能電

池的光電流輸出。

【界面鈍化對(duì)復(fù)合抑制的影響】：

界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的影響

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的界面缺陷是載流子復(fù)合的主要來(lái)源之一。這些

缺陷會(huì)產(chǎn)生電荷陷阱態(tài)，捕獲載流子并促進(jìn)它們復(fù)合。缺陷的類(lèi)型和

密度會(huì)顯著影響電池的性能。

界面缺陷類(lèi)型

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中常見(jiàn)的界面缺陷類(lèi)型包括：

*晶界缺陷：鈣鈦礦薄膜中的晶界處，晶體取向發(fā)生變化，導(dǎo)致晶格

結(jié)構(gòu)錯(cuò)位。這些缺陷可以捕獲載流子和促進(jìn)復(fù)合。

*表面缺陷：鈣鈦礦薄膜表面上的氧空位、鈣空位或其他雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致

電荷陷阱態(tài)。這些缺陷可以與載流子相互作用，增加復(fù)合速率。

*晶體缺陷：鈣鈦礦晶體內(nèi)部的點(diǎn)缺陷，如空位、填隙或雜質(zhì)，也會(huì)

產(chǎn)生電荷陷阱態(tài)。這些缺陷會(huì)降低載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度和復(fù)合速率。

*界面接觸缺陷：鈣鈦礦薄膜與其他層之間的界面處，接觸不良或界

面反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致缺陷。這些缺陷會(huì)阻礙載流子的傳輸并促進(jìn)復(fù)合。

界面缺陷密度

界面缺陷密度是影響載流子復(fù)合的一個(gè)關(guān)鍵因素。缺陷密度越高，復(fù)

合速率越大。缺陷密度可以通過(guò)各種技術(shù)來(lái)測(cè)量，如光致發(fā)光壽命測(cè)

量和電容—電壓測(cè)量。

界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的影響

界面缺陷可以通過(guò)多種機(jī)制促進(jìn)載流子復(fù)合：

*Shockley-Read-Hall(SRH)復(fù)合:載流子被缺陷中的電荷陷阱態(tài)捕

獲，然后復(fù)合。

*奧熱復(fù)合：載流子被缺陷捕獲，然后通過(guò)向晶格釋放能量而復(fù)合。

*表面復(fù)合：載流子擴(kuò)散到鈣鈦礦薄膜的表面，然后與表面缺陷復(fù)合Q

影響載流子復(fù)合的因素

界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的影響取決于以下因素：

*缺陷類(lèi)型：不同類(lèi)型的缺陷具有不同的電荷陷阱態(tài)，從而導(dǎo)致不同

的復(fù)合速率。

*缺陷密度：缺陷密度越高，復(fù)合速率越大。

*載流子濃度：載流子濃度越高，復(fù)合速率越大。

*溫度：溫度升高會(huì)增加復(fù)合速率。

界面缺陷的影響

界面缺陷對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能有重大影響。缺陷會(huì)降低開(kāi)路電

壓(Voc).短路電流(Isc)和填充因子(FF),從而降低電池的整體

效率。

抑制載流子復(fù)合

抑制界面缺陷對(duì)載流子復(fù)合的影響對(duì)于提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性

能至關(guān)重要。以下是一些抑制復(fù)合的策略：

*表面鈍化：使用鈍化劑在鈣鈦礦薄膜表面鈍化缺陷態(tài)。

*界面工程：優(yōu)化鈣鈦礦薄膜與其他層之間的界面，以減少缺陷形成。

*添加劑：添加劑可以摻入鈣鈦礦薄膜中，以鈍化缺陷或改變復(fù)合途

徑。

*退火：退火處理可以幫助去除非晶缺陷和界面缺陷。

通過(guò)研究和優(yōu)化界面缺陷，可以顯著提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和

穩(wěn)定性。

第三部分表面修飾抑制載流子復(fù)合的策略

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

有機(jī)分子表面修飾

1.有機(jī)分子表面修飾通過(guò)在鈣鈦礦表面引入含氮官能團(tuán)

（如胺基、此唬基）或芳香族分子，可以有效鈍化缺陷態(tài)，

減少表面載流子復(fù)合。

2.有機(jī)分子可以與鈣鈦礦表面形成強(qiáng)相互作用，降低界面

處的能壘，促進(jìn)載流子傳輸。

3.有機(jī)修飾劑的引入還能改善鈣鈦礦膜的形態(tài)和結(jié)晶度，

進(jìn)一步抑制截流子復(fù)合。

無(wú)機(jī)材料表面修飾

1.無(wú)機(jī)材料表面修飾，如氧化物（如TiO2、A12O3）或氮

化物（如GaN、BN）沉積，可以提供有效的鈍化層，減少

表面缺陷態(tài)。

2.無(wú)機(jī)材料層還可以調(diào)節(jié)界面能級(jí)對(duì)齊，優(yōu)化載流子傳輸，

從而抑制載流子復(fù)合。

3.無(wú)機(jī)修飾劑的引入還可以改善鈣鈦礦膜的穩(wěn)定性，增強(qiáng)

其耐光照、熱應(yīng)力和環(huán)境降解的能力。

碳質(zhì)材料表面修飾

1.碳質(zhì)材料表面修飾，如碳納米管、石墨熔或碳黑，可以

覆蓋鈣鈦礦表面，形成導(dǎo)電層，促進(jìn)載流子收集，減少?gòu)?fù)合。

2.碳質(zhì)材料具有優(yōu)異的吸光性，可以增強(qiáng)鈣鈦礦電池的光

轉(zhuǎn)換效率。

3.碳質(zhì)修飾劑還可以提供機(jī)械支撐，增強(qiáng)鈣鈦礦膜的美韌

性和抗沖擊性。

多層復(fù)合表面修飾

1.多層復(fù)合表面修飾將有機(jī)、無(wú)機(jī)或碳質(zhì)材料以多層復(fù)合

的方式引入鈣鈦礦表面，可以顯著抑制載流子復(fù)合。

2.多層復(fù)合修飾劑可以提供協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)鈍化缺陷態(tài)、

調(diào)節(jié)能級(jí)對(duì)齊和提高載流子傳輸效率。

3.多層復(fù)合修飾劑還可以增強(qiáng)鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性，提高

其光電轉(zhuǎn)換性能。

光輔助表面修飾

1.光輔助表面修飾利用光照誘導(dǎo)鈣鈦礦表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

或結(jié)構(gòu)變化，從而抑制載流子復(fù)合。

2.光輔助技術(shù)可以產(chǎn)生活性物種，鈍化鈣鈦礦表面缺陷或

引入新的鈍化層。

3.光輔助修飾劑可以提高鈣鈦礦電池的光響應(yīng)性，優(yōu)化其

光電性能。

等離子體輔助表面修飾

1.等離子體輔助表面修飾利用等離子體體中的活性粒子轟

擊鈣鈦礦表面，形成致密的鈍化層或改性鈣鈦礦表面。

2.等離子體技術(shù)可以產(chǎn)生高能量等離子體，有效去除鈣鈦

礦表面污染物和缺陷。

3.等離子體修飾劑可以改善鈣鈦礦膜的形貌和結(jié)晶性，增

強(qiáng)其光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

表面修飾抑制或流子復(fù)合的策略

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中載流子復(fù)合是影響器件性能的主要因素之一。表

面修飾是一種有效的策略，可以抑制載流子復(fù)合，從而提高器件效率

和穩(wěn)定性。

有機(jī)修飾劑

有機(jī)修飾劑通過(guò)在鈣鈦礦表面形成自組裝單分子層（SAMs）來(lái)抑制載

流子復(fù)合。SAMs可以鈍化鈣鈦礦表面缺陷，降低表面態(tài)密度，從而

減少非輻射復(fù)合。例如：

*聚乙烯此咯烷酮（PVP）：PVP分子中的極性基團(tuán)與鈣鈦礦表面形成

氫鍵，鈍化缺陷并抑制電子復(fù)合。研究表明，添加PVP可以將器件

效率從17.9%提高到19.8%o

*正丁基胺（BTA）：BTA分子中的氨基基團(tuán)與鈣鈦礦表面形成配位鍵,

鈍化缺陷并抑制空穴復(fù)合。BTA修飾可以將器件效率從19.3%提高

到22.l%o

無(wú)機(jī)修飾劑

無(wú)機(jī)修飾劑通常通過(guò)溶液沉積或原子層沉積（ALD）形成一層保護(hù)性

薄膜。薄膜可以覆蓋鈣鈦礦表面，阻止水分和氧氣進(jìn)入，從而抑制載

流子復(fù)合。例如：

*二氧化鈦（TiO2）：Ti02薄膜具有良好的電子傳輸性質(zhì)，可以提取

電子并減少表面空穴復(fù)合。TiO2修飾可以將器件效率從15.7%提

高到20.196。

*氧化鋁(A1203)：A1203薄膜具有優(yōu)異的阻隔性能，可以防止水分

和氧氣進(jìn)入鈣鈦礦表面，從而抑制非輻射復(fù)合。A1203修飾可以將器

件穩(wěn)定性提高50%以上。

兩性修飾劑

兩性修飾劑同時(shí)具有有機(jī)和無(wú)機(jī)官能團(tuán)，可以結(jié)合有機(jī)修飾劑和無(wú)機(jī)

修飾劑的優(yōu)點(diǎn)。兩性修飾劑可以牢固地附著在鈣鈦礦表面，形成一層

保護(hù)性薄膜，并鈍化表面缺陷。例如：

*3-氨基丙基三乙氨基硅烷(APTES)：APTES分子中的氨基基團(tuán)與鈣

鈦礦表面形成配位鍵，而三乙氧基硅烷基團(tuán)水解后形成S1O2薄膜。

APTES修飾可以將器件效率從18.2%提高到21.3%o

*聚二甲基硅氧烷(PDMS)：PDMS分子中的有機(jī)基團(tuán)可以鈍化鈣鈦礦

表面缺陷，而硅氧烷基團(tuán)可以形成一層疏水性保護(hù)層。PDMS修飾可

以將器件穩(wěn)定性提高60%以上。

表面修飾劑協(xié)同作用

研究表明，同時(shí)使用多種表面修飾劑可以獲得協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步抑制

載流子復(fù)合。例如：

*同時(shí)使用PVP和TiO2修飾可以鈍化鈣鈦礦表面缺陷并提取電

子，將器件效率從17.9%提高到20.9%o

*同時(shí)使用BTA和A1203修飾可以鈍化鈣鈦礦表面缺陷并阻隔水

分和氧氣，將器件穩(wěn)定性提高65%以上。

結(jié)論

表面修飾是一種有效且通用的策略，可以抑制鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中載

流子復(fù)合，從而提高器件效率和穩(wěn)定性。通過(guò)選擇合適的修飾劑并優(yōu)

化修飾工藝，可以進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能，推動(dòng)其商業(yè)

化應(yīng)用。

第四部分體相缺陷工程優(yōu)化載流子復(fù)合

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

晶界鈍化

1.晶界缺陷和空位態(tài)是載流子復(fù)合的主要原因。通過(guò)能化

劑填充晶界空隙，可以有效減少晶界缺陷和空位態(tài)，從而抑

制裁流于復(fù)合。

2.常用的鈍化劑包括有機(jī)分子（如4-叔丁基叱唳）、無(wú)機(jī)納

米顆粒（如TiO2）和離子注入（如氧離子注入）。

3.晶界鈍化技術(shù)具有成本低、效率高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。

表面鈍化

1.表面缺陷和陷阱態(tài)會(huì)導(dǎo)致載流子捕獲和復(fù)合。通過(guò)表面

鈍化處理，可以鈍化表面缺陷和陷阱態(tài)，從而減少表面我流

子復(fù)合。

2.表面鈍化方法包括化學(xué)修飾（如自組裝單分子層）、等離

子體處理和激光退火。

3.表面鈍化技術(shù)可以有效提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電

壓和效率。

摻雜調(diào)控

1.適當(dāng)?shù)膿诫s可以優(yōu)化載流子濃度和遷移率，從而抑制非

輻射復(fù)合。

2.常見(jiàn)的摻雜元素包括金屬離子（如Sn2+、Ge2+）、鹵素

離子（如CL、Br-）和有機(jī)分子（如FAPbI3）。

3.摻雜調(diào)控技術(shù)可以有歐提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電流

和效率。

形態(tài)調(diào)控

1.晶體取向和晶粒尺寸會(huì)影響載流子的傳輸和復(fù)合路徑。

通過(guò)形態(tài)調(diào)控，可以優(yōu)化晶體取向和晶粒尺寸，從而減小載

流子復(fù)合概率。

形態(tài)調(diào)控方法包括模板法、溶劑工程和后退火處理。

3.形態(tài)調(diào)控技術(shù)可以促進(jìn)載流子的傳輸，延長(zhǎng)載流子的壽

命，從而提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率。

界面工程

1.鈣鈦礦/電荷傳輸層界面處的能級(jí)不對(duì)齊和缺陷態(tài)會(huì)引

發(fā)載流子復(fù)合。通過(guò)界面工程，可以優(yōu)化鈣鈦礦/電荷傳輸

層界面處的能級(jí)對(duì)齊和缺陷態(tài)，從而抑制載流子復(fù)合。

2.界面工程方法包括有機(jī)修飾、無(wú)機(jī)緩沖層和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)。

3.界面工程技術(shù)可以有效降低界面處的載流子復(fù)合，提高

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。

多層結(jié)構(gòu)

1.多層結(jié)構(gòu)可以有效分離載流子，減少載流子復(fù)合。

2.多層結(jié)構(gòu)類(lèi)型包括串聯(lián)電池、串聯(lián)/并聯(lián)電池和串聯(lián)/旁路

電池。

3.多層結(jié)構(gòu)技術(shù)可以顯著提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和

穩(wěn)定性。

體相缺陷工程優(yōu)化載流子復(fù)合

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的體相缺陷，如晶體缺陷、晶界和雜質(zhì)，是載流

子復(fù)合的重要來(lái)源，嚴(yán)重影響電池的效率知穩(wěn)定性。因此，優(yōu)化體相

缺陷以抑制截流子復(fù)合對(duì)于提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能至關(guān)重要。

晶體缺陷工程

晶體缺陷工程是指通過(guò)調(diào)控鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)條件或添加特定添加

劑，控制晶體缺陷的形成和分布。

*點(diǎn)缺陷調(diào)控：通過(guò)摻雜或界面工程，引入特定的點(diǎn)缺陷，如氧空位

或鹵素空位，可以鈍化陷阱態(tài)或減少無(wú)輻射復(fù)合。

*位錯(cuò)控制：位錯(cuò)是晶格中的線狀缺陷，可以作為載流子復(fù)合的路徑。

通過(guò)控制薄膜的取向和晶粒尺寸，可以減少位錯(cuò)的密度和影響。

*晶界鈍化：晶界是多晶鈣鈦礦薄膜中的高缺陷區(qū)域，可以提供載流

子復(fù)合的通道。通過(guò)使用有機(jī)配體或無(wú)機(jī)鈍化層，可以鈍化晶界，減

少?gòu)?fù)合。

晶界工程

晶界工程涉及優(yōu)化晶界的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以抑制載流子復(fù)合。

*選擇性晶界鈍化：通過(guò)選擇性沉積有機(jī)配體或無(wú)機(jī)鈍化層，可以鈍

化有害晶界，同時(shí)保持有益晶界的電荷傳輸特性。

*晶界鈍化劑：加入特定的添加劑，如氯化鉛、漠化鉛或硫化鉛，可

以鈍化晶界，形成鈍化層或修飾晶界態(tài)密度。

*晶界調(diào)控：通過(guò)控制薄膜的生長(zhǎng)條件，如溫度、速率和溶劑工程,

可以調(diào)控晶界的取向、密度和寬度，以減少載流子復(fù)合。

雜質(zhì)控制

雜質(zhì)，如金屬離子或有機(jī)分子，可以引入到鈣鈦礦薄膜中，并作為復(fù)

合中心。雜質(zhì)控制涉及去除或鈍化薄膜中的雜質(zhì)。

*雜質(zhì)過(guò)濾：使用高純度的材料和溶劑，并采用過(guò)濾技術(shù)，可以去除

薄膜中的金屬離子雜質(zhì)。

*有機(jī)雜質(zhì)鈍化：通過(guò)有機(jī)鈍化層或界面層，可以鈍化有機(jī)雜質(zhì)，減

少載流子復(fù)合。

*金屬雜質(zhì)鈍化：通過(guò)引入特定的配體或使用離子交換技術(shù)，可以鈍

化金屬雜質(zhì)，形成鈍化層或改變雜質(zhì)的電荷態(tài)。

其他策略

除了上述策略外，還有其他方法可以優(yōu)化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的體相缺

陷以抑制載流子復(fù)合。

*二維材料調(diào)控：在鈣鈦礦薄膜中引入二維材料，如石墨烯、氮化硼

或過(guò)渡金屬二硫化物，可以作為復(fù)合抑制劑，減少陷阱態(tài)和鈍化缺陷。

*表面鈍化：通過(guò)使用有機(jī)配體、無(wú)機(jī)鈍化層或ALD技術(shù)，鈍化薄膜

表面，減少缺陷態(tài)和抑制載流子復(fù)合。

*激光退火：使用激光退火處理鈣鈦礦薄膜，可以修復(fù)缺陷、鈍化陷

阱態(tài)并改善晶界性質(zhì)，從而抑制載流子復(fù)合。

通過(guò)優(yōu)化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的體相缺陷，可以有效抑制載流子復(fù)合,

提高電池的效率和穩(wěn)定性。目前，體相缺陷工程是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

研究領(lǐng)域的一個(gè)活躍方向，正在不斷探索新的策略和技術(shù)，以進(jìn)一步

提升電池性能。

第五部分能級(jí)匹配避免載流子注入復(fù)合

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

價(jià)帶匹配

1.價(jià)帶能級(jí)與空穴傳輸層（HTL）能級(jí)匹配，降低空穴注

入復(fù)合。

2.使用能級(jí)接近的HTL材料，如PEDOT:PSS、NiO和

P3HT。

3.優(yōu)化HTL與鈣鈦礦層的界面，減少能級(jí)失配和復(fù)合。

導(dǎo)帶匹配

1.導(dǎo)帶能級(jí)與電子傳輸層（ETL）能級(jí)匹配，降低電子注入

復(fù)合。

2.使用能級(jí)接近的ETL材料，如TiO2、SnO2和ZnO0

3.調(diào)節(jié)鈣鈦礦層與ETL的界面能級(jí)，實(shí)現(xiàn)更好的電子傳輸

和減少?gòu)?fù)合。

界面優(yōu)化

1.減少鈣鈦礦層與電荷傳輸層界面處的缺陷態(tài)，抑制復(fù)合。

2.引入鈍化層，鈍化缺陷態(tài)并減少非輻射復(fù)合。

3.優(yōu)化界面形貌，促進(jìn)或流子傳輸并降低復(fù)合0

本征缺陷鈍化

1.缺陷態(tài)是鈣鈦礦中載流子復(fù)合的重要途徑。

2.通過(guò)摻雜或表面處理，鈍化缺陷態(tài)，減少?gòu)?fù)合。

3.缺陷態(tài)工程，利用缺陷態(tài)控制載流子傳輸和復(fù)合。

傳輸層優(yōu)化

1.優(yōu)化電荷傳輸層的遷移率和電導(dǎo)率，促進(jìn)載流子傳輸。

2.采用寬帶隙電荷傳輸層，抑制載流子熨合。

3.優(yōu)化電荷傳輸層的摻雜，調(diào)節(jié)電荷傳輸能力和復(fù)合。

界面能級(jí)調(diào)控

1.通過(guò)摻雜或表面處理，調(diào)節(jié)鈣鈦礦層與電荷傳輸層之間

的界面能級(jí)。

2.優(yōu)化界面能級(jí)匹配，降低載流子注入復(fù)合。

3.引入界面偶聯(lián)劑或中間層，調(diào)節(jié)能級(jí)分布和減少?gòu)?fù)合。

能級(jí)匹配避免或流子注入復(fù)合

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中載流子注入復(fù)合是一類(lèi)重要的非輻射復(fù)合過(guò)程,

主要發(fā)生在鈣鈦礦吸收層與電荷傳輸層之間界面處。該復(fù)合過(guò)程導(dǎo)致

光生載流子的損失，從而降低器件的效率和穩(wěn)定性。

能級(jí)匹配策略是抑制注入復(fù)合的有效方法。其原理是通過(guò)調(diào)整鈣鈦礦

和電荷傳輸層的能級(jí)，使得載流子在界面處的能級(jí)分布與熱力學(xué)平衡

條件下的分布一致，從而減少載流子從鈣鈦礦注入電荷傳輸層的驅(qū)動(dòng)

力。

鈣鈦礦與電荷傳輸層的能級(jí)

鈣鈦礦的能級(jí)結(jié)構(gòu)通常由價(jià)帶最大值(VBM)和導(dǎo)帶最小值(CBM)的

位置決定。電荷傳輸層的能級(jí)結(jié)構(gòu)則取決于其材料特性，例如用于電

子傳輸層的TiOz的導(dǎo)帶能級(jí)(Ecb)和用于空穴傳輸層的PEDOT：PSS

的價(jià)帶能級(jí)(Evb)c

理想的能級(jí)匹配條件

理想的能級(jí)匹配條件要求鈣鈦礦的CBM與電荷傳輸層的Ecb對(duì)齊，而

鈣鈦礦的VBM與電荷傳輸層的Evb對(duì)齊。在這種情況下，載流子從鈣

鈦礦注入電荷傳輸層的驅(qū)動(dòng)力最低，從而抑制注入復(fù)合。

能級(jí)匹配的實(shí)現(xiàn)

可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦和電荷傳輸層的能級(jí)匹配：

*選擇合適鈣鈦礦材料：不同鈣鈦礦材料具有不同的能級(jí)，可以通過(guò)

選擇與電荷傳輸層能級(jí)匹配的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)能級(jí)匹配。

*摻雜和合金化：通過(guò)向鈣鈦礦中摻雜或合金化其他元素，可以改變

鈣鈦礦的能級(jí)結(jié)構(gòu)，使其與電荷傳輸層的能級(jí)相匹配。

*表面處理：在鈣鈦礦表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，例如引入能?jí)選擇性接

觸層或鈍化層，可以調(diào)整鈣鈦礦的界面能級(jí)，使其與電荷傳輸層匹配。

能級(jí)匹配的效果

通過(guò)實(shí)現(xiàn)能級(jí)匹配，可以有效抑制鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的注入復(fù)合。

實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，能級(jí)匹配可以：

*減少載流子注入電荷傳輸層的速率，從而降低注入復(fù)合的幾率。

*提高光生載流子的壽命，從而延長(zhǎng)其參與發(fā)電過(guò)程的時(shí)間。

*抑制界面處截流子的積累，從而減少其他復(fù)合過(guò)程的發(fā)生。

總的來(lái)說(shuō)，能級(jí)匹配策略通過(guò)減少載流子注入復(fù)合，可以提高鈣鈦礦

太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。

第六部分材料結(jié)構(gòu)調(diào)控影響載流子復(fù)合

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

【鈣鈦礦薄膜厚度調(diào)控】

1.薄膜厚度影響載流子專(zhuān)輸距離：薄膜過(guò)厚時(shí)，載流于復(fù)

合概率增加，而過(guò)薄時(shí)，吸收光線不足，導(dǎo)致光電流降低。

2.優(yōu)化薄膜厚度可調(diào)控我流子濃度：適當(dāng)薄膜厚度可限制

載流子擴(kuò)散,增加載流干濃度,提高太陽(yáng)能電油效率C

3.薄膜厚度對(duì)晶粒尺寸和缺陷影響：不同厚度薄膜表現(xiàn)出

不同的晶粒尺寸和缺陷分布，影響截流子復(fù)合速率。

【鈣鈦礦表面鈍化】

材料結(jié)構(gòu)調(diào)控影響載流子復(fù)合

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的載流子復(fù)合是限制其效率提升的主要因素之一。

通過(guò)調(diào)控材料結(jié)構(gòu)，可以有效降低載流子復(fù)合率，從而提升器件性能。

#晶體取向優(yōu)化

鈣鈦礦薄膜的晶體取向?qū)d流子傳輸和復(fù)合有顯著影響。優(yōu)選的晶體

取向可以促進(jìn)載流子傳輸，抑制晶界處載流子的非輻射復(fù)合。

*(110)取向：鈣鈦礦薄膜中(110)晶面的取向可以提供更直接的

載流子傳輸路徑，減少晶界處載流子的散射和復(fù)合。研究表明，通過(guò)

控制薄膜沉積條件，如溶液濃度、襯底溫度和退火工藝，可以獲得(110)

取向優(yōu)先的鈣鈦礦薄膜。

*(100)取向：鈣鈦礦薄膜中(100)晶面的取向有利于形成層狀結(jié)

構(gòu)，其中甲胺分子取向有序，形成二維量子阱結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以有

效抑制載流子的非輻射復(fù)合，提高載流子壽命。

#摻雜調(diào)控

雜質(zhì)摻雜可以引入局域能級(jí)，調(diào)控鈣鈦礦薄膜的電子結(jié)構(gòu)和載流子動(dòng)

力學(xué)。通過(guò)摻雜合適的元素，可以鈍化缺陷態(tài)，抑制栽流子復(fù)合。

*淺雜質(zhì)摻雜：摻雜淺雜質(zhì)，如氟和氯，可以引入淺能級(jí)，鈍化鈣鈦

礦薄膜中的陷阱態(tài)c這些陷阱態(tài)是載流子復(fù)合的中心，因此通過(guò)鈍化

陷阱態(tài)，可以有效降低復(fù)合率。

*深雜質(zhì)摻雜：摻雜深雜質(zhì)，如鉛和錫，可以引入深能級(jí)，改變鈣鈦

礦薄膜的能帶結(jié)構(gòu)C通過(guò)引入深能級(jí)，載流子復(fù)合的激發(fā)態(tài)能量降低，

從而抑制非輻射復(fù)合。

#異質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中不同材料之間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面是載流子復(fù)合的

另一個(gè)重要區(qū)域。通過(guò)優(yōu)化異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面，可以降低界面處載流子的

復(fù)合。

*界面鈍化：在鈣鈦礦層和電極層之間插入一層鈍化層，可以減少載

流子在界面處的復(fù)合。鈍化層材料通常選擇具有高能壘和低缺陷密度

的材料，如氧化物或有機(jī)分子。

*能級(jí)對(duì)齊：優(yōu)化鈣鈦礦層和電極層的能級(jí)對(duì)齊，可以促進(jìn)載流子的

高效傳輸，減少界面處載流子的復(fù)合。通過(guò)選擇合適的電極材料或引

入中間層，可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦層和電極層之間良好的能級(jí)匹配。

*界面寬度調(diào)控：異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面的寬度對(duì)載流子復(fù)合也有影響。通過(guò)

調(diào)控界面寬度，可以優(yōu)化載流子的傳輸和復(fù)合平衡。較寬的界面有利

于載流子的傳輸，但也會(huì)增加復(fù)合的機(jī)會(huì)c因此，需要根據(jù)具體器件

結(jié)構(gòu)和材料特性，選擇合適的界面寬度。

#納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以引入額外的載流子傳輸路徑，縮短載流子傳輸距離,

從而降低載流子復(fù)合率。

*納米晶體：鈣鈦礦納米晶體具有大的比表面積和豐富的晶界，有利

于載流子的分離和傳輸。通過(guò)控制納米晶體的尺寸、形狀和取向，可

以優(yōu)化納米晶體之間的載流子傳輸路徑，減少載流子復(fù)合。

*納米孔道：鈣鈦礦薄膜中引入納米孔道可以形成垂直于薄膜平面的

載流子傳輸路徑。納米孔道可以高效地分離光生載流子，減少載流子

在薄膜平面的傳輸距離，從而抑制載流子復(fù)合。

*納米柱陣列：鈣鈦礦納米柱陣列可以提供定向的載流子傳輸路徑。

納米柱之間的縫隙可以抑制載流子的橫向運(yùn)動(dòng)，從而降低載流子復(fù)合

率。

第七部分界面功能層抑制載流子復(fù)合

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

表面鈍化層抑制截流子復(fù)合

*覆蓋鈣鈦礦表面一層致密的無(wú)機(jī)或有機(jī)鈍化層，可有效

鈍化表面缺陷，減少截流子復(fù)合。

*鈍化層材料的選擇遵循與鈣鈦礦接觸形式良好的原則，

以提供穩(wěn)定的界面和阻止缺陷的傳播。

*鈍化層可有效抑制陷阱態(tài)的形成，并改善載流子的提取

效率，增強(qiáng)器件的穩(wěn)定性。

異質(zhì)結(jié)界面抑制載流子復(fù)合

*在鈣鈦礦與電荷傳輸層之間引入異質(zhì)結(jié)界面，通過(guò)能級(jí)

錯(cuò)位形成勢(shì)壘，阻止截流子復(fù)合。

*異質(zhì)結(jié)界面可以優(yōu)化鈣鈦礦與電荷傳輸層的能級(jí)對(duì)齊，

減少界面載流子傳輸損耗。

*異質(zhì)結(jié)界面層的選擇應(yīng)考慮其電子結(jié)構(gòu)和與鈣鈦礦的界

面相容性，以最大限度地抑制載流子復(fù)合。

界面修飾層抑制載流子復(fù)合

*在鈣鈦礦與電荷傳輸層之間插入一層界面修飾層，通過(guò)

改變界面電荷分布和能級(jí)排列來(lái)抑制載流子復(fù)合。

*界面修飾層可以鈍化界面缺陷，降低勢(shì)壘高度，并促進(jìn)載

流子分離和傳輸。

*界面修飾層材料的特性，如極性和親和力，對(duì)載流子復(fù)合

抑制效果有直接影響。

界面成核層抑制載流子復(fù)合

*在鈣鈦礦生長(zhǎng)過(guò)程中，在鈣鈦礦表面形成一層界面成核

層，以調(diào)控成核過(guò)程并抑制載流子復(fù)合。

*界面成核層可以通過(guò)改變鈣鈦礦的晶體取向、減少晶界

缺陷和鈍化表面陷阱來(lái)抑制載流子復(fù)合。

*界面成核層的厚度和紐成需優(yōu)化，以平衡成核調(diào)控和載

流子傳輸效率。

界面復(fù)合抑制劑抑制載流子

復(fù)合*引入界面復(fù)合抑制劑分子或化合物，通過(guò)化學(xué)鍵合或物

理吸附在鈣鈦礦與電荷傳輸層界面，抑制載流子復(fù)合。

*界面復(fù)合抑制劑可以鈍化界面缺陷，鈍化陷阱態(tài)，并改變

局部能級(jí)排列，從而抑制載流子復(fù)合。

*界面復(fù)合抑制劑的選擇應(yīng)考慮其化學(xué)穩(wěn)定性、與鈣鈦礦

的相容性以及對(duì)器件性能的影響。

界面工程調(diào)控界面能級(jí)抑制

載流子復(fù)合*通過(guò)界面工程技術(shù)，如能級(jí)對(duì)齊、界面偶聯(lián)和界面摻雜，

優(yōu)化界面能級(jí)排列，抑制載流子復(fù)合。

*界面能級(jí)對(duì)齊可以降低勢(shì)壘高度，促進(jìn)載流子分離；界面

偶聯(lián)可以增強(qiáng)載流子轉(zhuǎn)移，減少載流子俘獲；界面摻雜可以

引入雜質(zhì)能級(jí)，改變界面缺陷態(tài)分布。

*界面工程對(duì)界面能級(jí)調(diào)控要求精準(zhǔn)且精細(xì)，需要結(jié)合理

論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。

界面功能層抑制載流子復(fù)合

在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，載流子復(fù)合是一個(gè)關(guān)鍵的性能限制因素，發(fā)

生在不同的界面處C界面功能層可以通過(guò)引入選擇性接觸層、絕緣層

或緩沖層來(lái)抑制載流子復(fù)合。

選擇性接觸層

選擇性接觸層是一種電極材料，其能級(jí)結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦活性層相匹配。

它可以有效降低電極與鈣鈦礦層之間的勢(shì)壘高度，促進(jìn)載流子的選擇

性提取，同時(shí)抑制界面復(fù)合。例如：

*氧化物選擇性接觸層：使用氧化物材料如ZnO、Sn02或NiOx作

為電子選擇性接觸層。這些材料具有寬帶隙和較高的電子親和力，可

以降低鈣鈦礦/電極界面處的電子提取勢(shì)壘。

*有機(jī)選擇性接觸層：使用導(dǎo)電聚合物如PEDOT：PSS或P3HT作為

空穴選擇性接觸層,這些材料具有較高的空穴遷移率和合適的電荷傳

輸特性，可以促進(jìn)空穴的提取。

絕緣層

絕緣層是一種非導(dǎo)電材料，可以有效阻止載流子在不同界面之間的傳

輸。它可以插入到鈣鈦礦層和電極之間，或者鈣鈦礦層和透明導(dǎo)電氧

化物（TCO）之間。例如：

*氧化物絕緣層：使用氧化鋁（Al203）或氧化硅（Si02）作為

絕緣層。這些材料具有良好的絕緣性和較高的介電常數(shù)，可以減少載

流子隧穿復(fù)合。

*有機(jī)絕緣層：使用聚合物如聚苯乙烯IPS）或聚甲基丙烯酸甲酯

（PMMA）作為絕緣層。這些材料具有低的介電常數(shù)和優(yōu)異的成膜性能,

可以抑制載流子復(fù)合和改善電池穩(wěn)定性。

緩沖層

緩沖層是一種半導(dǎo)體材料，其能級(jí)結(jié)構(gòu)介于鈣鈦礦層和電極或絕緣層

之間。它可以梯度改變電荷傳輸能級(jí)，減少載流子復(fù)合，并提高器件

性能。例如：

*無(wú)機(jī)緩沖層：使用Ti02.Sn02或ZnO等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料作為

緩沖層。這些材料具有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)和缺陷態(tài)，可以促進(jìn)載流子提

取和抑制界面復(fù)合C

*有機(jī)緩沖層：使用六氟苯(F6TCNNQ)或全氟蔡二甲異氟酸酯

(PCBM)等有機(jī)半導(dǎo)體材料作為緩沖層。這些材料具有低帶隙和優(yōu)異

的電荷傳輸特性，可以改善界面能級(jí)匹配和避免載流子復(fù)合。

界面功能層的優(yōu)化

界面功能層的優(yōu)化至關(guān)重要，可以提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。優(yōu)

化策略包括：

*材料選擇：仔細(xì)選擇界面功能層材料，使其能級(jí)結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦層匹

配，并具有合適的電荷傳輸特性°

*層結(jié)構(gòu)：優(yōu)化界面功能層的層結(jié)構(gòu)，如厚度、表面形態(tài)和結(jié)晶度,

以最大限度地抑制截流子復(fù)合。

*缺陷控制：通過(guò)引入摻雜、退火或表面處理技術(shù)來(lái)控制界面功能層

中的缺陷態(tài)