Discovery为新一代太阳能电池铺平了道路

由KU Leuven首次领导的一项研究首次解释了一种有前景的钙钛矿 - 人造晶体可以将阳光转化为电能 - 如何稳定下来。结果，晶体变黑，使它们能够吸收太阳光。这对于能够在易于制造且高效的新太阳能电池板中使用它们是必要的。该研究发表在“ 科学”杂志上。

钙钛矿是具有许多应用的半导体材料。他们表现出特别的收获诺太阳能。目前，大多数太阳能电池由硅晶体制成，硅晶体是一种相对简单有效的材料，可用于此目的。然而，基于钙钛矿的器件提供比硅更高的转换效率。唯一的问题是：一些最有希望的钙钛矿，即三碘化铅(CsPbI 3)，在室温下非常不稳定。在这些条件下，它们具有黄色，因为晶体中的原子不形成钙钛矿结构。为了使晶体有效地吸收阳光并将其转化为电能，它们应该处于黑色的钙钛矿状态，并保持这种状态。

“硅形成一种非常坚固的刚性晶体。如果按压它，它就不会改变它的形状。另一方面，钙钛矿更柔软，更具延展性，”KU鲁汶膜中心的Julian Steele博士解释说。可持续解决方案的分离，吸附，催化和光谱学(cMACS)。“我们可以在各种实验室条件下稳定它们，但在室温下，黑色钙钛矿原子确实需要重新洗牌，改变结构，最终将晶体变成黄色。”

斯蒂尔与国际科学家团队一起发现，通过将钙钛矿太阳能电池的薄膜粘合到一块玻璃上，细胞可以获得并保持其所需的黑色状态。将薄膜加热至330摄氏度的温度，使钙钛矿膨胀并粘附在玻璃上。加热后，将薄膜快速冷却至室温。这个过程固定晶体中的原子，限制它们的运动，使它们保持所需的黑色形状。

在黑色状态下，晶体中的原子已经重新洗净。它们的黑色使它们能够最佳地吸收阳光。图片来源：cMACS

“有三个支柱决定了太阳能电池的质量：价格，稳定性和性能。钙钛矿在性能和价格方面得分很高，但它们的稳定性仍然是一个主要问题，”斯蒂尔说。几年来，科学家们已经观察到钙钛矿可以在加热后保持黑度，但目前还不清楚为什么。“在我们的研究中，我们选择了CsPbI 3，因为它的性能非常高，”Steel解释道。“此外，它是最不稳定的钙钛矿类型之一，这意味着它对我们描述的方法很敏感，应该转化为其他不稳定的钙钛矿。”

该研究中使用的大部分数据都是在欧洲同步辐射装置收集的。为了理解分子尺度上的实验观察，根特大学分子模拟中心(CMM)的同事通过理论模拟钙钛矿的黑色和黄色相来支持这一发现。计算结果对于合理化将黑相固定在玻璃基板上作为薄膜时的稳定性是必要的。

尽管存在假设，但如何完全结合仍然是个谜。“通常情况下，我们会选择具有原子分辨率的显微镜并直接看一下。然而，这对于钙钛矿来说是不可能的，因为它们很难用这种高分辨率的成像仪器观察，因为它们非常柔软并且容易在下面分离。普通探头能量相对较高。“

“了解这种机制如何工作将有助于进一步研究，最终开发出使用纯钙钛矿晶体的太阳能电池板，”斯蒂尔说。“由于加工基于钙钛矿的太阳能电池的入门级​​别相对较低，因此对于在更有限的基础设施中运营的发展中国家的人们来说，它们非常有益。” 此外，钙钛矿可用于LED，光电传感器，晶体管，X射线探测器等。