新研究揭示了钙钛矿太阳能电池性能

一类称为钙钛矿的材料的潜力使太阳能电池能够更好地吸收能源亚博网站下载生产的阳光。但是，这种潜力尚未充分实现，尤其是在现实的运营条件下。

今天发表在著名杂志上的新研究自然能量，在流行的钙钛矿光吸收器中揭示了阻碍太阳能细胞性能的缺陷。研究人员发现，这些“内部平面缺陷”的性质和密度发生了变化，与太阳能电池性能的变化有关。

由莫纳什大学（Monash University）和武汉技术大学（Wuhan University of Technology）领导的国际研究人员团队的发现可能会改善太阳能电池技术，并为减少化石燃料的能源提供了又一步的一步。

钙钛矿光吸收器具有通过添加一个可以吸收颜色或能量谱的部分阳光的额外层来提高已建立硅太阳能电池效率的潜力，而当前硅太阳能电池无法使用的阳光。

硅太阳能电池的最高性能约为容量的32％。这意味着只有约32％的阳光中可用能量可以被硅太阳能电池捕获。

将这种钙钛矿太阳能电池放在硅太阳能电池的顶部，称为串联太阳能电池，可以有效地提高堆栈的整体性能，达到约42％。

由于对钙钛矿成分的小变化可以相对容易地调整钙钛矿太阳能电池的吸收光谱，因此可以创建一个钙钛矿太阳能电池，从而吸收较高的能量光，但可以使较低的能量通过。

研究小组使用在莫纳什电子显微镜（MCEM）开发的成像和衍射方案来研究其原始状态下一系列钙钛矿太阳能电池材料的晶体结构。亚博网站下载

MCEM主任兼材料科学与工程系教授Joanne Etheridge教授Joanne Etheridge教授说，定期晶体结构的破坏可能会对材料的电子特性产生强大的影响。亚博网站下载亚博老虎机网登录

“能够绘制钙钛矿光吸收器的薄膜的局部晶体结构，并将其与整体太阳能电池设备性能相关联，为如何改善设备性能提供了令人兴奋的新见解，”埃瑟里奇教授说。

武汉技术大学的首席作家Wei Li博士说：“要制造一个好的太阳能电池，材料必须能够有效地将阳光转化为电力，并在户外进行数十年的发展。

“从光中产生电力涉及吸收光子以产生激发的电子，将这些电子与它们重组之前留下的孔分开，最后在外部电路中提取分离的电子和孔。

“这些电荷载体在晶体半导体中的表现如何，并随后影响太阳能电池的整体性能，这在很大程度上取决于材料的晶体学特性。”

研究小组能够通过调整钙钛矿膜的化学成分来控制某些类型的晶体缺陷 - 内部平面缺陷。

平面缺陷是某些晶体平面上发生的原子排列的缺陷。

这些不完美破坏了原子在晶格中的原子的连续重复排列。内部的平面缺陷是对钙钛矿材料中原子排列的一种特殊类型。

这些缺陷在MA中的类型和密度_1-xF A_XPBI₃（一种类型的钙钛矿太阳能电池）通过调整小甲基铵（MA）分子的比率相对于大甲基分子（FA）分子而改变。

没有内部内部平面缺陷的组成具有最佳的太阳能电池性能。这项研究表明，这种晶体缺陷可能对钙钛矿太阳能电池产生重要影响，并且可能是限制其当前性能的因素。

联合首席作家马蒂亚斯·罗斯曼（Mathias Rothmann）博士在莫纳什大学（Monash University）的博士学位上进行了这项工作的一部分，现在正在继续在牛津大学的钙钛矿太阳能电池上工作。罗斯曼博士说，此信息为改善钙钛矿太阳能电池性能开辟了新的途径。

“例如，铁匠通过将其锤击来引入热钢中的缺陷，通过将钢淬灭水中的缺陷，从而使钢铁钢的钢倒入，从而使钢的硬钢更加坚硬，但因此更不可能。然而，在常规的硅太阳能电池中，缺陷通常与较短的电荷载体扩散长度和寿命相关，从而导致较低的功率转化效率，”他说。

“我们发现这些钙钛矿太阳能电池中这些内部平面缺陷的存在类似的性能也有类似的降低。我们希望我们的工作能够根据阳光丰富的可用性为无燃料的未来做出贡献。”

这项研究的资助合作伙伴包括弧卓表激子科学卓越中心，ARC Discovery计划，澳大利亚可再生能源局（Arena），中国国家自然科学基金会和香港研究赠款委员会亚博老虎机网登录。

要访问完整的研究论文和合着者名单，请访问：https://www.nature.com/yabo214articles/s41560-021-00830-9

来源：https://www.monash.edu/