钙钛矿太阳能电池研究获得新突破

钙钛矿太阳能电池研究获得新突破

点击：作者：田云翻译整理来源：新材料在线发布时间:2015-05-18 10:35:28

据外媒5月4日报道，华盛顿大学和牛津大学的研究人员识别出了钙钛矿中的无效区域，并展示通过对这些缺陷进行设计处理，可以进一步改善太阳能设备。

在对图中“黑暗”区域进行化学处理后，钙钛矿在电子设备的应用方面的质量得到提升。

被认为具有恒定组成的钙钛矿，是太阳能研究中的热点话题。与硅基半导体相比，这种材料将太阳能转化为电能的效率更高且更具经济性。

由于钙钛矿可以进行低成本加工，且用途广泛，可应用于从太阳能电池到计算机显示屏和手机中使用的发光二极管等领域，这种极高效的材料最近越来越引起科学界的兴趣。

“钙钛矿是过去四年增长最快的一种光伏材料，”第一作者Dane deQuilettes说，Dane deQuilettes是华盛顿大学的在读博士，与华盛顿大学清洁能源研究所副主席、化学教授David Ginger一起工作。

“在那么短的时间内，这种材料将太阳能直接转化为电能的能力正在接近现在的硅基太阳能电池，可以与发展了50年的硅基太阳能技术相媲美。但我们也怀疑是否还有提升的空间。”deQuilettes说。

用高能成像技术，研究人员识别出来钙钛矿膜中显示充电过程的缺陷，这些缺陷进而限制太阳能电池设备的转化效率。钙钛矿太阳能电池的转化效率目前在20%左右，而硅基太阳能电池的转化效率约为25%。

为了研究半导体技术，研究团队与清洁能源研究所联合，采用生物学中广泛使用的共焦光学显微技术。研究人员将荧光照片与电子显微照片结合，识别出了钙钛矿中晶体结构的边界处的“黑暗”或性能不佳的区域。他们同时观察到通过一种简单的化学处理可以将很多这种低效区域“激活”。

华盛顿研究基金会基础学者、Alvin L.和Verla R. Kwiram特聘化学教授Ginger说，图像提供了一些激动人心的结果，可以证明材料的效率、稳定性和均一性。

“令人惊奇的是，结果显示即使是被称为目前最好或者最高效的钙钛矿膜，与它们被认为应该达到的性能相比也是‘糟糕’的。这给将来寻求改进材料的研究人员提供了一个明确的目标。”

Ginger继续说，华盛顿大学研究团队的成像技术可以轻松定位钙钛矿材料中未暴露的缺陷以及可以通过化学改性得到性能提升的相应区域。

根据一个清洁能源研究所的研究生同事deQuilettes的说法，全世界范围内有很多实验室目前正在关注钙钛矿半导体的性能。然而，发展对于怎样连续生产一种稳定、亮度均一且不用以降低性能为代价提高防潮性能的认识，还需要很多研究工作。

华盛顿大学的研究提供了不同的方法策略性地决定提高材料性能、扩大材料的应用范围至高性能LED甚至激光的方法。

“我们中有太多人正在关注钙钛矿，希望这项技术将来会提供一些新的方向，引导我们去能够优化材料的能量捕获和发射潜力的地方。”deQuilettes说。

牛津大学的Samuel D. Stranks，Giles E. Eperon和Henry J. Snaith，以及华盛顿大学的Sarah M. Vorpahl，Hirokazu Nagaoka和Mark E. Ziffer是这项研究的共同作者。