Titaanoxide (TiO$_2$) is een veelzijdig materiaal dat uitgebreid is bestudeerd vanwege zijn potentiële toepassingen in perovskietzonnecellen (PSC's). Verschillende vormen van TiO$_2$, zoals anataas, rutiel en brookiet, zijn onderzocht als elektronentransportlagen (ETL's) in PSC's vanwege hun hoge elektronenmobiliteit, grote bandafstand en stabiliteit. De keuze voor een TiO$_2$-polymorf kan de prestaties en stabiliteit van PSC's aanzienlijk beïnvloeden. Hier ziet u hoe het gebruik van verschillende vormen van titaniumoxide de prestaties van perovskiet-zonnecellen beïnvloedt:

Anataas TiO$_2$ :

- Anatase TiO$_2$ is de meest gebruikte vorm van TiO$_2$ in PSC's vanwege de hoge elektronenmobiliteit en de geschikte banduitlijning met perovskietmaterialen.

- Het heeft een tetragonale kristalstructuur en vertoont uitstekende ladingstransporteigenschappen.

- Anatase TiO$_2$ ETL's kunnen efficiënte elektronenextractie en -transport uit de perovskietlaag vergemakkelijken, waardoor ladingsrecombinatieverliezen worden verminderd en de algehele energieconversie-efficiëntie (PCE) van PSC's wordt verbeterd.

- Anataas TiO$_2$ is echter relatief onstabiel onder verwerkingsomstandigheden bij hoge temperaturen, wat kan leiden tot fasetransformatie en afbraak van de perovskietlaag.

Rutiel TiO$_2$ :

- Rutiel TiO$_2$ heeft een tetragonale kristalstructuur en is stabieler dan anataas TiO$_2$ bij hoge temperaturen.

- Het vertoont een lagere elektronenmobiliteit vergeleken met anataas TiO$_2$, maar het heeft een betere thermische stabiliteit en is bestand tegen hogere verwerkingstemperaturen.

- Rutiel TiO$_2$ ETL's kunnen een verbeterde stabiliteit aan PSC's bieden, vooral onder zware omgevingsomstandigheden of langdurig gebruik.

- De lagere elektronenmobiliteit van rutiel TiO$_2$ kan echter resulteren in een iets verminderd ladingstransport en PCE vergeleken met anataas TiO$_2$.

Brookite TiO$_2$ :

- Brookite TiO$_2$ heeft een orthorhombische kristalstructuur en wordt minder vaak gebruikt in PSC's vanwege de lagere elektronenmobiliteit en de minder gunstige banduitlijning met perovskietmaterialen.

- Brookiet TiO$_2$ heeft echter unieke eigenschappen, zoals een hoge brekingsindex en een sterk lichtverstrooiend vermogen, wat de lichtabsorptie in PSC's kan verbeteren.

- Door brookite TiO$_2$ op te nemen in de ETL of als een extra laag in PSC's, is het mogelijk om de lichtopbrengst te verbeteren en optische verliezen te verminderen, wat leidt tot verbeterde PCE.

Samenvattend kan het gebruik van verschillende vormen van titaniumoxide als ETL's in PSC's de prestaties en stabiliteit van het apparaat beïnvloeden. Anatase TiO$_2$ biedt een hoge elektronenmobiliteit en efficiënt ladingstransport, terwijl rutiel TiO$_2$ een betere thermische stabiliteit biedt. Brookite TiO$_2$ heeft unieke lichtverstrooiende eigenschappen die de lichtabsorptie kunnen verbeteren. De selectie van de juiste TiO$_2$ polymorf hangt af van de gewenste eigenschappen en prestatie-eisen van het PSC-apparaat.