研究人员开发了一种方法，可以稳定一种被称为钙钛矿的有前途的材料，用于廉价的太阳能电池，而不会损害其近乎完美的性能。功劳:剑桥大学的研究人员开发了一种方法，在不损害其近乎完美的性能的情况下，稳定了李泽一种被称为钙钛矿的有前途的廉价太阳能电池材料。来自剑桥大学的研究人员使用有机分子作为“模板”，引导钙钛矿薄膜在形成时进入所需的相。他们的结果发表在《科学》杂志上。
钙钛矿材料为生产光电器件(如太阳能电池和发光二极管)提供了比硅更便宜的替代品。
有许多不同的钙钛矿，由不同的元素组合而成，但近年来最有希望出现的一种是基于甲亚胺鎓(FA)的FAPbI3晶体。
这种化合物是热稳定的，其固有的“带隙”——与器件的能量输出最密切相关的属性——对于光伏应用来说并不太理想。
由于这些原因，开发商业上可获得的钙钛矿太阳能电池一直是努力的焦点。然而，该化合物可以存在于两个稍微不同的相中，其中一个相导致优异的光伏性能，而另一个相导致非常少的能量输出。
来自剑桥卡文迪什实验室的合著者蒂亚南·多尔蒂说:“FAPbI3的一个大问题是，你想要的相位只有在150摄氏度以上的温度下才是稳定的。"在室温下，它会转变成另一种状态，这对光伏电池非常不利."
在较低温度下保持材料处于所需相态的最新解决方案包括向化合物中加入不同的正离子和负离子。
“这是成功的，并导致创纪录的光伏设备，但仍有局部电力损失发生，”多尔蒂说。“你最终会发现电影中的局部区域并不在正确的阶段。”
很少有人知道为什么这些离子的加入提高了整体稳定性，甚至不知道产生的钙钛矿结构是什么样子。
“有一个共同的共识，当人们稳定这些材料时，它们是一个理想的立方体结构，”多尔蒂说。“但我们已经表明，通过添加所有这些其他东西，它们根本不是立方体，而是非常轻微的扭曲。这是一种非常微妙的结构变形，在室温下具有一定的内在稳定性。”
这种失真非常小，以至于以前没有被发现，直到多尔蒂和他的同事使用了尚未广泛应用于钙钛矿材料的敏感结构测量技术。
该团队利用扫描电子衍射、纳米x光衍射和核磁共振首次看到了这种稳定相的真实面貌。
“一旦我们发现是轻微的结构变形赋予了这种稳定性，我们就在电影制作中寻找方法来实现这一点，而无需在混音中添加任何其他元素。”
合著者Satyawan Nagane在钙钛矿前体溶液中使用了一种称为乙二胺四乙酸(EDTA)的有机分子作为添加剂，该添加剂充当模板剂，在钙钛矿形成时引导其进入所需的相。乙二胺四乙酸结合到FAPbI3表面，产生结构导向效果，但不会结合到FAPbI3结构本身。
Nagane说:“通过这种方法，我们可以实现所需的带隙，因为我们没有在材料中添加任何额外的东西，它只是一个模板，用于指导具有扭曲结构的薄膜的形成——所得薄膜极其稳定。
“通过这种方式，你可以只在原始的FAPbI3化合物中产生这种轻微扭曲的结构，而不会改变钙钛矿光伏电池中几乎完美的化合物的其他电子特性，”来自卡文迪什实验室的合著者张秀坤·库比基说，他现在就职于华威大学。
研究人员希望这项基础研究将有助于提高钙钛矿的稳定性和性能。他们自己未来的工作将包括将这种方法集成到原型设备中，以探索这种技术如何帮助他们实现完美的钙钛矿光伏电池。
“这些发现改变了我们对这些材料的优化策略和制造指南，”剑桥大学化学工程和生物技术系的资深作者萨姆·斯特兰克博士说。“即使是没有轻微变形的小口袋也会导致性能损失，因此生产线需要非常精确地控制不同成分和‘变形’添加剂的沉积方式和位置。这将确保小失真在任何地方都是一致的，没有例外。”
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