信用:一真倪。近年来，世界各地的工程师一直致力于创造替代和可持续的能源解决方案，如太阳能电池。由钙钛矿制成的太阳能电池是最有前途的太阳能技术之一，因为它们最近达到了创纪录的25.5%左右的高效率，钙钛矿是一类具有独特结构和有利性能的半导体。尽管钙钛矿和其他半导体具有巨大的潜力和优势，但它们也会受到所谓“陷阱态”的不利影响。这些状态导致电荷载流子(即电子和空穴)被捕获在材料内部。
结构缺陷引起的陷阱态会影响钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。更具体地说，这些状态可以捕获光产生的电荷载流子，导致电能损失。
北卡罗来纳大学和托莱多大学的研究人员最近进行了一项研究，仔细检查了金属卤化物钙钛矿太阳能电池降解过程中陷阱态相关缺陷的演变。他们发表在《自然能源》上的论文提供了新的有价值的见解，有助于显著提高钙钛矿太阳能技术的性能。
进行这项研究的研究人员之一黄劲松告诉TechXplore:“陷阱状态就像公路上的洞，取决于它们有多浅或多深，它们要么会让汽车减速，要么会把它完全困住。”。“确定如何进一步减少当前星形光伏产品(即钙钛矿太阳能电池)中的陷阱态是一项重要且具有挑战性的任务。在我们之前的工作中，我们解决了一个大问题，即找出钙钛矿太阳能电池中陷阱态的位置和深度，指出应该解决哪些问题来进一步减少陷阱态。”
作为他们新研究的一部分，黄和他的同事们在他们之前工作的基础上提出了一个更有趣的研究问题。他们的目标是更好地理解限制金属卤化物钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的陷阱态的化学性质。这反过来将允许他们设计策略或太阳能电池设计，可以减少陷阱状态的存在，从而最大限度地减少其不利影响。
“在钙钛矿太阳能电池中，陷阱态是由缺陷引起的，这通常是钙钛矿材料中一些不完美的晶体结构的结果，”进行这项研究的另一名研究人员一真·尼说。“好消息是，钙钛矿中导致陷阱态的缺陷通常是带电的，这意味着它们可以在外部电场下移动。记住这一点，我们能够通过施加连续的反向或正向偏置来触发钙钛矿太阳能电池中缺陷的移动，并使用电容测量技术测量它们的空间分布:驱动级电容分布(DLCP)。”
利用DLCP，一种典型的用于研究非晶和多晶材料的技术，研究人员能够确定钙钛矿太阳能电池中的缺陷如何在特定的电场作用下移动。这就要求他们收集这些缺陷的电荷状态信息(即它们是正的还是负的)，并最终揭示它们的化学性质。
“金属卤化物钙钛矿太阳能电池的退化与钙钛矿中缺陷的演变密切相关，”黄解释说。“缺陷开始产生的位置代表着太阳能电池开始退化的位置，就像一块面包一样，例如，总是在霉菌开始生长的地方开始腐烂。”
当他们开始进行研究时，黄和他的同事们意识到钙钛矿中的缺陷会随着时间的推移而演变，然而与这种演变相关的确切降解机制却知之甚少。为了更好地了解这些机制，他们必须仔细研究钙钛矿太阳能电池退化过程中缺陷是如何变化或演变的。
“为了做到这一点，我们使用了DLCP，因为我们知道它可以帮助创建钙钛矿太阳能电池中陷阱态的能量和空间分布的轮廓，从而允许我们跟踪钙钛矿太阳能电池在退化期间的缺陷产生和移动，”黄说。“了解不同种类的缺陷从哪里开始产生，以及它们的密度如何变化，使我们能够确定钙钛矿溶胶ar电池在反向偏置和光照下是如何降解的。”
这个研究小组最近的研究可能会对基于钙钛矿的太阳能技术的发展产生重要影响。最不可思议的是，黄和他的同事们能够解决钙钛矿太阳能电池发展中的一个长期挑战，即更好地理解引起陷阱态的缺陷的化学性质。
他们的论文描述了对金属卤化物钙钛矿太阳能电池性能更有害的缺陷类型，因此应该事先加以解决，以降低陷阱态的密度。在未来，这些结果可以为开发有效的策略提供信息，以减少缺陷的影响，并提高这类有前途的太阳能电池的效率和稳定性。
“钙钛矿太阳能电池具有进一步降低太阳能发电成本的巨大潜力，同时提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性仍然是最重要的方向，”黄说。“现在，钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的任何进一步提高都必须依靠减少钙钛矿中的缺陷，以最大限度地减少任何不必要的能量损失，我们的发现为未来的研究指明了方向。”
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