佛罗里达州立大学比尔·韦洛克 前佛罗里达州立大学博士后研究员萨拉·维戈尔德(左)和FSU化学和生物化学助理教授莉娅·尼豪斯
他们的研究有助于理解一种被称为钙钛矿的材料的基本过程，这项工作可能会导致更有效的太阳能电池，也能更好地抵抗退化
信用:FSU 太阳能电池的设计者知道，他们的产品必须应对各种各样的温度和天气条件——这些条件会影响它们的效率和使用寿命
佛罗里达州立大学化学和生物化学助理教授Lea Nienhaus和前FSU博士后研究员Sarah Wieghold正在帮助理解一种被称为perovskites的材料的基本过程，这项工作可能会产生更高效的太阳能电池，也能更好地抵抗退化
他们发现，对材料的化学成分以及它所暴露的电场大小进行微小的调整，就能极大地影响材料的整体稳定性
他们的最新研究发表在《材料化学杂志》和《应用物理杂志》的两项研究中
他们的研究集中在提高钙钛矿的电位上，钙钛矿是一种晶体结构基于带正电荷的铅离子，即阳离子和带负电荷的卤化物阴离子
在立方钙钛矿晶体结构中，由铅和卤化物离子形成的八面体被额外的带正电荷的阳离子包围
2006年开发的第一批钙钛矿太阳能电池的太阳能转换效率约为3%，但2020年开发的电池的能量转换效率超过25%
效率的快速提高使它们成为一种有前途的进一步研究材料，但它们在商业可行性方面有缺点，例如容易快速降解
"我们怎样才能使钙钛矿在实际使用条件下更加稳定？"尼豪斯说
“是什么导致了退化？这就是我们试图理解的
不快速降解的钙钛矿可能是从太阳能电池获得更多能量的有价值的工具
" 钙钛矿是一种所谓的“软材料”，尽管晶格中的离子键构成了它们的结构
材料中的卤化物或阳离子可以穿过该晶格，这可能增加它们的降解速率，导致缺乏长期稳定性
在《材料化学杂志》的论文中，研究人员研究了光和高温对混合阳离子混合卤化物钙钛矿性能的综合影响
他们发现在钙钛矿薄膜中加入少量的铯元素可以提高材料在光照和高温下的稳定性
另一方面，添加铷会导致更差的性能
“我们发现，根据阳离子的选择，可以在这些材料中观察到两种降解途径，然后我们将其与性能下降联系起来，”现在是纳米材料中心和阿尔贡国家实验室高级光子源的助理科学家的维戈尔德说
“我们还表明，在我们的测试条件下，铯的加入增加了薄膜的稳定性，这是非常有希望的结果
" 他们还发现，不太稳定的钙钛矿混合物的膜性能的降低与化合物溴化铅/碘化物的形成以及电子-声子相互作用的增加相关
溴化铅/碘化铅的形成是由于不想要的降解机理，为了实现这些钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和性能，需要避免这种机理
在《应用物理学杂志》的论文中，他们探索了电压和钙钛矿材料性能之间的联系
这表明材料中的离子运动改变了潜在的电响应，这将是光伏性能的关键因素
“钙钛矿为太阳能电池的未来提供了一个很好的机会，帮助这项科学向前发展是令人兴奋的，”尼豪斯说
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