研究目的
研究使用二维光子晶体纳米盘阵列作为电子传输层以提高钙钛矿太阳能电池的效率。
研究成果
引入具有二维纳米盘阵列结构的TiO2电子传输层显著提升了钙钛矿太阳能电池的光捕获和电荷传输能力，使光电转换效率最高达到18.7%。该纳米盘阵列电子传输层还表现出低迟滞效应和稳定性能，适用于柔性或平面型钙钛矿太阳能电池。
研究不足
该研究聚焦于薄膜电子传输层，可能并不直接适用于较厚的电子传输层或其他类型的太阳能电池。虽然制备工艺具有可扩展性，但需要对纳米晶自组装层和反应离子刻蚀参数进行精确控制。
1：实验设计与方法选择
本研究采用纳米球光刻技术（NSL）制备二氧化钛（TiO2）纳米盘（ND）阵列作为钙钛矿太阳能电池（PSCs）的电子传输层（ETL）。该NSL工艺利用自组装聚合物球体作为反应离子刻蚀（RIE）的物理掩模，从而制备出具有可控晶格常数的ND阵列。
2：样品选择与数据来源
样品包括具有不同晶格常数（300、500和800纳米）ND阵列ETL的PSCs，以及用于对比的原始平面TiO2 ETL。数据来源包括紫外-可见透射光谱、时域有限差分（FDTD）模拟和光伏性能测量。
3：实验设备与材料清单
聚苯乙烯球体（直径300、500、800纳米）,TiO2浆料,FTO基底（TEC-8；皮尔金顿）,反应离子刻蚀（RIE）系统（PlasmaPro System100 Cobra）,紫外-可见分光光度计（UV-2550，岛津）,源表（吉时利仪器）,荧光分光光度计（RF-6000，岛津）,恒电位仪（吉时利仪器）,倒置式扫描共聚焦显微镜（MicroTime-200，皮科量子公司，德国）
4：实验流程与操作步骤
该过程包括在FTO基底上涂覆TiO2、通过NSL和RIE形成ND阵列、沉积钙钛矿和空穴传输层，最后施加金电极。通过J-V测量、EQE光谱和电化学阻抗谱评估光伏性能。
5：数据分析方法
数据分析包括从FDTD模拟计算前向散射因子、对EQE光谱积分以确定短路电流密度（Jsc），以及拟合光致发光衰减曲线以获得平均寿命。
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UV-Vis spectrophotometer
UV-2550
Shimadzu
Used to record optical transmittances of samples.
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Spectrofluorophotometer
RF-6000
Shimadzu
Used to measure PL spectra.
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Inverted-type scanning confocal microscope
MicroTime-200
Picoquant
Used for time-resolved PL measurements.
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Polystyrene spheres
300, 500, 800 nm in diameter
Not provided
Used as physical masks for reactive-ion etching to create ND arrays.
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TiO2 paste
Not provided
Not provided
Used to form mesoporous TiO2 layers on FTO substrates.
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FTO substrate
TEC-8
Pilkington
Used as the transparent conducting electrode.
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Reactive-ion etching system
PlasmaPro System100 Cobra
Not provided
Used to etch TiO2 through the open spaces between polymer spheres.
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Source meter
Not provided
Keithley Instruments
Used to obtain J-V curves of PSCs.
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Potentiostat
Not provided
Keithley Instruments
Used to obtain electrochemical impedances.
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