X射线揭示了为什么加入一点盐可以改善钙钛矿太阳能电池。

X射线揭示了为什么加入一点盐可以改善钙钛矿太阳能电池。

一个研究小组报告了关于钙钛矿的新发现,这可能为开发低成本、高效率的太阳能电池铺平道路。利用高强度X射线成像,他们解释了为什么加入少量铯和铷盐可以改善一类有前途的太阳能电池材料,即卤化铅-钙钛矿的性能。

佩罗夫斯基真的可以改变太阳能的游戏。他们有潜力在不放弃业绩的情况下降低成本。但从根本上了解这些材料还有很多东西,”加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授、该研究的联合高级作者大卫·芬宁说。“我们正在深入研究一些最先进的化学家,以了解是什么驱动钙钛矿的性能,以及为什么它们工作得那么好。”

佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)助理教授胡安•帕布罗•科雷亚•巴纳(Juan Pablo Correa Baena)表示,X射线揭示了为什么加入一点盐可以改善钙钛矿太阳能电池。“钙钛矿太阳能电池具有很多潜在优势,因为它们非常轻,可以用柔性塑料基板制造。”“然而,要想在市场上与硅基太阳能电池竞争,它们需要更高效。”

近年来,研究人员致力于测试不同的配方,以获得更好的效率,例如在卤化铅-钙钛矿中添加铷和铯离子。研究表明,加入这些碱金属阳离子可以提高钙钛矿的稳定性和性能,但对其原因知之甚少。

为了回答这个问题,Correa Baena与Fenning合作,Fenning是加州大学圣地亚哥可持续能源和能源中心的一名研究员,该中心的实验室专门使用X射线成像技术在纳米级探测钙钛矿内部,并绘制出其原子结构的高分辨率地图。

“通过观察钙钛矿材料中的成分,我们可以看到每一种元素如何在提高设备性能方面发挥作用,”芬宁太阳能创新实验室纳米工程博士生、该研究的第一作者之一Yanqi(Grace)Luo说。

他们的实验表明,添加低浓度的铷或铯离子会使材料中的卤化物原子均匀分布,从而使转化效率比不添加这些添加剂的钙钛矿高出2%。

X射线揭示了为什么加入一点盐可以改善钙钛矿太阳能电池。“我们发现化学和结构的均匀性有助于钙钛矿太阳能电池发挥其最大潜能。任何主干的异质性都像是链中的薄弱环节,”芬宁说。

虽然添加少量的铷或铯是有益的,但研究小组还观察到,添加过多会导致一些钙钛矿阳离子聚集在一起,在不产生电流的太阳能电池中形成微观的非活动“死区”。

“这太令人惊讶了,”芬宁说。拥有这些死区通常会杀死太阳能电池。在其他材料中,它们的行为就像黑洞一样,从其他区域吸收电子,永远不会让它们离开,所以你会失去电流和电压。但在这些钙钛矿中,我们发现,铷和铯周围的死区对太阳能电池的性能并没有太大的损害,尽管目前存在一些损失。这表明这些材料有多坚固,但还有更多的改进机会。”

正在进行的研究将进一步详细探讨均匀的卤化物分布如何影响钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。

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