中间化合物控制太阳能电池中钙钛矿层的性质

材料科学系的科学家们，亚博老虎机网登录罗蒙诺索夫密歇根州立大学，描述了当形成钙钛矿太阳能电池吸光层的组件比例改变时，所创建薄膜的电池效率和结构受到影响的方式。这项研究的结果发表在《物理化学杂志C》上。

有机-无机钙钛矿是一种新型的光活性材料，这种材料可以对光发生反应。亚博网站下载它们的名字来源于钙钛矿或钛酸钙，简称CaTiO_3.因为它们的结构类似于钙钛矿。然而，它们最初的特点要令人印象深刻得多。通过使用这些材料，我们可以开发亚博网站下载钙钛矿太阳能电池——仅仅在五年前才推出。然而，它们的效率已经远远好于更普遍和非常昂贵的硅太阳能组件。

在早些时候的一项研究中，该研究的作者发现，钙钛矿的丝状或线状杂化物的形状来自于钙钛矿结晶过程中形成的中间化合物的结构。该团队已经发现了一系列这样的化合物，其中每个化合物都是一种晶体溶剂化合物——一种晶体化合物，其前驱成分的溶剂分子形成了它们的结构。溶解的组分从溶液中析出，形成晶体钙钛矿膜。

研究小组选择并描述了三种中间化合物，它们是主要用于钙钛矿太阳能电池开发的两种溶剂中的一种的结晶溶剂。其中两种化合物的晶体结构首次被确定。

我们发现中间化合物的形成是决定最终钙钛矿层功能性质的关键因素之一，因为钙钛矿晶体继承了中间化合物的形状。这反过来又会影响膜的形态和太阳能电池的效率。这在制造钙钛矿薄膜时尤为重要，因为针状或丝状晶体会导致薄膜不连续，这将显著降低太阳能电池的效率。了解前驱体试剂的比例对最终钙钛矿晶体形状的影响，将允许有意地选择获得最佳膜的条件，这将使钙钛矿电池具有高效率。

Alexey Tarasov，博士，太阳能量学新材料实验室(莫斯科国立罗蒙诺索夫大学材料科学系)负责人亚博网站下载亚博老虎机网登录

众所周知，像这样的中间化合物是不稳定的。因此，研究小组采用了同步辐射和低温将晶体冷却到近-173°C。这样的冷却使他们能够阻止晶体的衰变，并进行必要的测量，以确定溶剂的结构。

此外，该团队还对获得的化合物进行了热稳定性研究，并通过量子化学建模计算出了化合物的形成能量。对形成能的深入了解使研究人员能够使用独特的溶剂来阐明特定晶体的形成。

研究小组还发现，在结晶过程中形成的中间化合物的性质特别受溶液中试剂的比例的控制。形成的钙钛矿晶体的形状由中间化合物的晶体结构控制，而这种形状又控制吸光层的结构。因此，这种结构影响了所开发的太阳能电池的输出。