钙钛矿组件怎么光激活

钙钛矿组件的光激活主要涉及光激发下激子的产生、分离与输运过程，可通过热激活辅助光修复、优化光吸收层、调控带隙及界面修饰等策略提升性能，以下为具体方法与分析：

一、光激活的基本原理

1. 光吸收与激子产生：太阳光照射到钙钛矿吸光材料上，能量大于钙钛矿带隙的光子能将钙钛矿价带的电子激发，使其进入导带，并在价带产生一个空穴。这对电子和空穴以库仑相互作用束缚在一起，共同运动，称为激子。

2. 载流子分离与输运：激子在热能的作用下解离成为自由的电子和空穴。钙钛矿材料中离子迁移能屏蔽器件内部电场，因而在钙钛矿层的大部分区域中，解离的电子和空穴以无规则热运动的形式进行扩散，并输运至与空穴传输层（HTL）和电子传输层（ETL）界面处。

3. 载流子抽取和收集：ETL的导带低于钙钛矿层的导带，价带也低于钙钛矿层的价带，能选择性抽取电子而阻挡空穴，HTL则相反，从而实现电子和空穴的选择性抽取。电子和空穴进入各自的传输层中后，经过输运被两侧电极收集，与外电路连通即有电流产生。

二、光激活的具体方法

1. 热激活辅助光修复：

• 方法描述：将二维杂化钙钛矿太阳电池置于惰性气体环境中进行持续加热合并光照处理。这种方法可以大幅度提高太阳电池的光电转换效率。

• 原理分析：热激活作用可以使被捕获态捕获的电子重新返回到导带，与价带中的空穴复合发光，从而提高光电流和光电转换效率。

2. 优化光吸收层：

• 方法描述：通过调控钙钛矿材料的带隙，制备具有反式结构的钙钛矿太阳能电池，其中透明导电电极收集空穴（通常收集电子）。

• 原理分析：高效率太阳能电池要求光吸收层能够充分吸收近紫外-可见光-近红外区的光子来产生光激发态。钙钛矿材料（如$C{H}_{3}N{H}_{3}Pb{X}_3$，通常简写为$MAPbX$，$X=I$，$Br$）具有很高的消光系数，可以有效吸收这些波段的光。

3. 调控带隙与叠层电池：

• 方法描述：不同带隙半导体材料构成叠层电池，可以获得超过40%的转换效率。

• 原理分析：单一半导体材料对太阳光能量的利用能力有限，而不同带隙的材料对太阳光中不同波长部分的利用能力不同。将两种以上的材料上下叠层放置，把带隙较宽的材料置于上方以主要吸收利用短波长的光，带隙较宽材料置于下方以主要利用长波长的光，则能提升太阳光全光谱的吸收率，更大程度地利用太阳光能量。

4. 界面修饰与钝化：

• 方法描述：在钙钛矿与$Ti{O}_2$中加入富勒烯，可以实现表面钝化，从而减小回滞现象。

• 原理分析：表面钝化的对象是表面的束缚中心，这种钝化同时产生了荧光光谱蓝移和束缚态密度下降的现象，其结果是使电荷传输可以不受界面束缚态干扰，从而消除了对外电场改变的慢响应。