光松弛晶体提高太阳能电池效率

有些材料就像人一样。让他们在阳光下放松一会儿，他们会表现得更好。

合作由莱斯大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室发现有钙钛矿化合物作为收集阳光并转化为能量的一种有效的材料的情况下。

以Aditya Mohite为首的研究人员，在洛斯阿拉莫斯即将成为水稻教授工作的科学家；万一聂，也在洛斯阿拉莫斯工作的科学家，与作者和Rice的研究生Hsinhan领导（戴夫）仔发现恒定光照可以在钙钛矿晶格应变，允许它在所有方向均匀地扩大。

膨胀使材料的晶面排列，并治愈大块的缺陷。这反过来又减少了触点上的能量障碍，使电子更容易通过系统传递能量给设备。

这不仅提高了太阳能电池的功率转换效率，而且不影响其光稳定性，可以在太阳光照连续降解100毫瓦每立方厘米下运行超过1500小时。

研究人员说，这项研究在本周出现在科学方面，是朝着稳定的钙钛矿太阳能电池向下一代太阳能发电和太阳能发电技术迈出的重要一步。

“混合钙钛矿晶体结构具有amx3的一般公式，其中一个是阳离子，M是一个二价金属，X是卤素，“Mohite说。”它是一种极性半导体，其带隙与砷化镓相似。

“这使钙钛矿与吸收系数，是近一个数量级（大于砷化镓太阳能电池的普通半导体）在整个太阳光谱，“他说。”这意味着，一个300纳米厚的薄膜钙钛矿足以吸收所有的入射光。相比之下，硅是一种间接带隙材料，需要1000倍的材料吸收等量的阳光。

Mohite说，研究人员一直在寻求有效的杂化钙钛矿材料，在阳光下和周围的环境条件下是稳定的。

他说：“通过这项工作，我们在实现这两个目标方面取得了重大进展。”我们的三重阳离子钙钛矿在立方晶格中显示出优异的温度稳定度超过100摄氏度（212华氏度）。

研究人员模拟并制作了30多个半导体，碘化物类薄膜，钙钛矿结构：晶体立方体，原子排列成规则的行和列。他们测量了它们传输电流的能力，发现当用光浸泡时，钙钛矿和电极之间的能量屏障在原子间的键松弛时基本消失。

他们惊奇地发现，在关断灯后30分钟，这个屏障仍然处于熄灭状态。由于这些薄膜在实验过程中保持恒温，研究人员也能够消除热量作为晶格膨胀的可能原因。

测量结果表明，“冠军”混合钙钛矿器件的功率转换效率从18.5%提高到20.5%。平均来说，所有的细胞都提高了19%以上的效率。Mohite说，研究中使用的材料是7%距离的最大效率为单结太阳能电池。

他说，电池的效率几乎是所有其他解决方案光伏技术的两倍，比商业硅太阳能电池低5%。在最大功率点连续运行800小时后，它们的峰值效率保持在85%，电流密度在整个1500小时内没有光降解。

“这项工作将加快实现钙钛矿太阳能电池稳定的科学认识，“Mohite说。”它也为发现钙钛矿结构的动态结构性质或柔软性所产生的阶段和突现行为开辟了新的方向。

领导研究人员指出，这项研究超越了光电技术，因为它首次连接了基本的电子输运过程中的光触发结构动力学。他们预计这将导致利用光、力或其他外部触发器来定制钙钛矿材料的性能的技术。

文章的共同作者是研究科学家Bo Chen，Rafael Verduzco，一个化学和生物分子工程和材料科学和纳米工程学副教授，和普利克尔·阿加延，对材料科学系和NanoEngineering椅、Benjamin M.和工程学教授Mary Greenwood Anderson和化学教授Rice所有；研究生Reza Asadpour和Muhammad Ashraf Alam，普渡大学的电气和计算机工程教授，Jai N. Gupta；科学家Jean Christophe Blancon、Sergei Tretiak和洛斯阿拉莫斯的万一聂；助理研究教授Constantinos Stoumpos和Mercouri Kanatzidis，Charles E.和化学家Emma H. Morrison教授西北大学杰克理论；甚至和Olivier Durand，在雷恩，法国，和Joseph Strzalka的电子和电信研究所的物理学教授、美国阿贡国家实验室的物理学家。