研究人员为超快钙钛矿太阳电池设定了时间限制

研究人员已经量化了未来太阳能电池要运行的惊人速度，以扩展目前被视为自然限制其能量转换效率的速度。

研究，研究基于一类材料称为钙钛矿光伏器件，表明这些可能实现前所未有的超效率。但这样做，他们将需要把阳光转化成电子，然后提取这些电荷在千万亿分之一秒–几个“飞秒”，给他们的科学名称。PCBA加工

以超快的速度移动电子能使“热载体”细胞产生。这些太阳能电池是利用电子在瞬间产生的动能，而在高速运转的瞬间，能更有效地发电。

从热载流子电池中提取的电能相对于吸收的光量，可能匹配甚至破坏能量效率30%。粗略地说，这是太阳能电池可以达到的最大能量效率，尽管标准硅电池在实践中的效率通常接近20%。

尽管微不足道的分数时，新论文的作者们说，这是可能的，可能最终推动效率障碍钙钛矿。

发表在《自然通讯》杂志上的这项研究是由意大利和英国的学者进行的。英国队参与卡文迪许实验室的光电子研究组教授Richard Friend先生的研究者，一个圣约翰学院研究员，剑桥。意大利队是建立在Guilio Cerullo集团的米兰理工大学教授。

Johannes Richter博士是光电子学集团的博士生，也是论文的主要作者，他说：“我们计算的时间尺度现在是我们必须创造超高效、热载体太阳能设备的时间限制。我们需要得到电子在这微小的时间量。”

“我们正在谈论这样做非常迅速，但也不是不可能的，它可能发生。钙钛矿细胞非常薄，这给了我们希望，因为电子必须覆盖的距离很短。

钙钛矿型氧化物是一类能不久取代硅作为许多光伏器件的首选材料，材料。虽然钙钛矿太阳能电池是在过去几年中发展起来的，但它们已经和硅一样节能。

部分是因为它们相当薄，所以制造成本要便宜得多。而硅电池约一厘米厚，钙钛矿等价物厚度约一微米，比人的头发细100倍。它们也非常灵活，这意味着除了用来给建筑物和机器提供动力外，钙钛矿细胞最终可能被集成在帐篷里，甚至衣服里。

在这项新的研究中，研究人员想知道这些细胞产生的电子能维持多久的最高能量水平。当阳光照射到细胞时，光粒子（或光子）被转换成电子。这些电极可以通过电极提取电荷。

在它们被创建后的很短的一段时间里，电子运动得非常快。然而，它们开始碰撞并失去能量。在碰撞之前保持速度的电子称为“热”，它们的动能意味着它们有可能产生更多电荷。

“想象一下，如果你有台球桌，那么每一个球都以同样的速度运动，”李希特解释道。经过一定的时间，他们会互相碰撞，导致他们放慢速度，改变方向。我们想知道在这样的情况下我们需要多长时间提取电子。”

剑桥小组利用他们在米兰的同事们开发的一种方法，称为二维光谱学。这包括将两个激光器的光泵到碘化铅的钙钛矿细胞样品中，以模拟阳光，然后用第三英寸的探针激光测量吸收的光的多少。

一旦电子碰撞并减速，从而开始占据细胞的空间，被吸收的光的数量就会发生变化。在这项研究中所花费的时间，有效地让研究人员建立了多少时间可以提取电子，而他们仍然“热”。

研究发现，电子碰撞事件开始后10和100飞秒光最初是由细胞吸收之间发生。最大限度地提高能源效率，电子会因此需要在短短的10千万亿分之一秒到达电极。

尽管如此，研究人员仍然乐观地认为这是可能的。除了利用钙钛矿的固有厚度外，他们还相信可以在细胞内部制造纳米结构，以进一步减少电子所需的距离。

李希特补充说：“这种方法现在只是一个想法，但它是我们为了克服我们所测量的非常小的时间尺度而需要的东西。”。