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这一发现将永远改变太阳能

时间：2022-04-06 14:16:02 来源：

赖斯大学的科学家发现了钙钛矿材料中一种光致晶格膨胀的新现象。晶格扩展可解决体积和界面缺陷，从而增强钙钛矿光电性能。

在赖斯大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的带领下进行的合作发现，钙钛矿化合物被认为是一种有效的材料，可以收集阳光并将其转化为能量。新闻稿将这一发现比作发现，因为某些材料就像人一样。让他们在阳光下放松一会儿，他们的表现会更好。

发现恒定的照明使钙钛矿状材料的晶格松弛，使其更有效地收集阳光并将其转化为能量。莱斯大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家对这种稳定的材料进行了太阳能电池的测试。

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洛斯·阿拉莫斯（Los Alamos）的资深科学家Aditya Mohite领导的研究人员很快将成为莱斯大学的教授。洛斯阿拉莫斯大学的科学家兼研究员兼研究员，万一·聂（Wanyi Nie）发现，恒定的光照使钙钛矿晶体晶格中的应变松弛，从而使其在各个方向上均匀扩展。

膨胀使材料的晶面对齐，并消除整体中的缺陷。这继而减少了触点处的能量屏障，使电子更容易在系统中移动并向设备传递能量。

这不仅提高了太阳能电池的功率转换效率，而且还没有损害其光稳定性，在100毫瓦/立方厘米的连续一日光照射下，经过1500多个小时的运行，其退化几乎可以忽略不计。

研究人员称，《科学》杂志上发表的研究论文代表了朝着稳定的钙钛矿基太阳能电池迈出的重要一步，该电池用于下一代太阳能发电和太阳能燃料技术。

Mohite说：“杂化钙钛矿晶体结构的通式为AMX3，其中A为阳离子，M为二价金属，X为卤化物。它是一种极性半导体，其直接带隙类似于砷化镓。”

他说：“这使钙钛矿的吸收系数比砷化镓（太阳能电池中的常见半导体）高近一个数量级，”他说。“这意味着钙钛矿的300纳米厚膜足以吸收所有入射的阳光。相比之下，硅是一种间接的带隙材料，吸收相同量的阳光需要的材料多出1000倍。”

Mohite说，研究人员长期以来一直在寻求在阳光下和周围环境条件下稳定的高效混合钙钛矿。

他说：“通过这项工作，我们展示了在实现这两个目标方面的重大进展。”“我们的立方晶格中基于三阳离子的钙钛矿在100摄氏度（212华氏度）以上的温度下具有出º色的温度稳º定性。”

研究人员模拟并制作了30多种具有钙钛矿状结构的基于碘化物的半导体薄膜：原子排列成规则的行和列的结晶立方体。他们测量了它们传输电流的能力，发现当被光浸透时，钙钛矿和电极之间的高能垒随着原子间键的松弛而消失。

他们惊讶地发现，在灯熄灭后，屏障仍保持了30分钟的熄灭状态。由于在实验过程中将薄膜保持在恒定温度下，研究人员还能够消除热量，这可能是晶格膨胀的原因。

测量显示，“冠军”混合钙钛矿设备将其功率转换效率从18.5％提高到了20.5％。平均而言，所有电池的效率都提高了19％以上。Mohite表示，这项研究中使用的钙钛矿距离单结太阳能电池的最大可能效率只有7％。

他说，电池效率几乎是所有其他溶液处理光伏技术的两倍，比商用硅基光伏技术低5％。在最大功率点连续运行800小时后，它们保持了其峰值效率的85％，并且它们的电流密度在整个1,500小时内均未显示出光致退化。

Mohite说：“这项工作将加快实现稳定钙钛矿型太阳能电池所需的科学理解。”“它也为发现钙钛矿晶格的动态结构性质或柔软性所产生的相和新兴行为开辟了新的方向。”

首席研究员表示，这项研究超出了光伏技术，因为它首次将光触发的结构动力学与基本电子传输过程联系在一起。他们预计这将导致利用光，力或其他外部触发因素来调整钙钛矿基材料特性的技术。

这项工作表明钙钛矿的前景仅比太阳能电池中的硅少一点。此外，建议的加工过程并不包括复杂且成本高昂的步骤或奇特的材料。这可能是使钙钛矿技术在扩大市场规模方面具有竞争力的研究。

通过Newenergyandfuel.com


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