O óxido de titânio (TiO$_2$) é um material versátil que tem sido amplamente estudado por suas potenciais aplicações em células solares de perovskita (PSCs). Diferentes formas de TiO$_2$, como anatase, rutilo e brookita, têm sido exploradas como camadas de transporte de elétrons (ETLs) em PSCs devido à sua alta mobilidade eletrônica, amplo bandgap e estabilidade. A escolha do polimorfo TiO$_2$ pode influenciar significativamente o desempenho e a estabilidade dos PSCs. Veja como o uso de diferentes formas de óxido de titânio afeta o desempenho das células solares de perovskita:

Anatase TiO$_2$ :
- Anatase TiO$_2$ é a forma mais comumente usada de TiO$_2$ em PSCs devido à sua alta mobilidade eletrônica e alinhamento de banda adequado com materiais de perovskita.
- Possui estrutura cristalina tetragonal e apresenta excelentes propriedades de transporte de carga.
- Os ETLs Anatase TiO$_2$ podem facilitar a extração e transporte eficiente de elétrons da camada de perovskita, reduzindo as perdas de recombinação de carga e melhorando a eficiência geral de conversão de energia (PCE) dos PSCs.
- No entanto, o anatase TiO$_2$ é relativamente instável sob condições de processamento em alta temperatura, o que pode levar à transformação de fase e degradação da camada de perovskita.

Rutilo TiO$_2$ :
- O rutilo TiO$_2$ possui uma estrutura cristalina tetragonal e é mais estável que o anatase TiO$_2$ em altas temperaturas.
- Apresenta menor mobilidade eletrônica em comparação ao anatase TiO$_2$, mas possui melhor estabilidade térmica e pode suportar temperaturas de processamento mais elevadas.
- Os ETLs rutílicos TiO$_2$ podem fornecer maior estabilidade aos PSCs, especialmente sob condições ambientais adversas ou operação prolongada.
- No entanto, a menor mobilidade eletrônica do TiO$_2$ rutilo pode resultar em transporte de carga e PCE ligeiramente reduzidos em comparação com o TiO$_2$ anatase.

Brookite TiO$_2$ :
- Brookite TiO$_2$ tem uma estrutura cristalina ortorrômbica e é menos comumente usado em PSCs devido à sua menor mobilidade eletrônica e alinhamento de banda menos favorável com materiais perovskita.
- No entanto, o brookite TiO$_2$ possui propriedades únicas, como alto índice de refração e forte capacidade de dispersão de luz, o que pode aumentar a absorção de luz em PSCs.
- Ao incorporar TiO$_2$ de brookite no ETL ou como uma camada adicional em PSCs, é possível melhorar a captação de luz e reduzir as perdas ópticas, levando a um PCE aprimorado.

Em resumo, o uso de diferentes formas de óxido de titânio como ETLs em PSCs pode influenciar o desempenho e a estabilidade do dispositivo. Anatase TiO$_2$ oferece alta mobilidade de elétrons e transporte eficiente de carga, enquanto rutilo TiO$_2$ proporciona melhor estabilidade térmica. Brookite TiO$_2$ possui propriedades exclusivas de dispersão de luz que podem melhorar a absorção de luz. A seleção do polimorfo TiO$_2$ apropriado depende das propriedades desejadas e dos requisitos de desempenho do dispositivo PSC.