基于钙钛矿薄膜的太阳能电池正在挑战传统的基于半导体的太阳能电池，因为它们更厚并且更容易制造。credit:2021 nomad一种改进钙钛矿太阳能电池中吸收层的合成方法可以帮助它们充分发挥潜力，并接近领先的砷化镓器件的性能。依靠钙钛矿薄膜捕获阳光的太阳能电池是发展最快的光伏技术。与传统半导体相比，卤化铅钙钛矿更便宜，更容易制造和集成到器件中，还能有效吸收可见光，并显示出较长的电荷载流子扩散长度，这表明它们能够保持光诱导的电子和空穴分离，并促进电荷传输。
太阳能电池的性能取决于具有高质量晶体结构和窄带隙的吸收材料，以最大限度地获取阳光。Thi的最佳带隙范围跨越1.1至1.4电子伏的能量，这对应于近红外波长。
含有多晶卤化铅钙钛矿的吸收层提供了高效的太阳能电池。然而，它们的性能受到相当大的结构混乱和缺陷的影响。三碘化甲铵铅具有迄今为止最小的带隙，但该带隙超过了单结器件的最佳范围。降低钙钛矿带隙的一种方法是在吸收体中形成铅锡合金，但这会引入晶体缺陷和不稳定性。
现在，KAUST的一个团队开发了一种方法，使用由钙钛矿单晶组成的微米厚的吸收层来最小化带隙。晶体含有甲铵和甲铵有机阳离子的混合物。
研究人员将混合阳离子钙钛矿结合到非常规的倒置p-i-n太阳能电池中，其中吸收体夹在电子传输顶层和空穴传输底层之间。最终的太阳能电池显示出22.8%的效率，超过了使用单晶甲基铵三碘化铅的性能最好的设备。
“我们已经知道，混合阳离子单晶吸收剂由于其较低的带隙和优异的光电性能，可能优于单阳离子吸收剂。然而，由于晶体生长和器件集成方面的挑战，这一点以前没有实现，”奥斯曼·巴克尔团队的博士生阿卜杜拉·阿尔萨卢姆说。
混合阳离子钙钛矿薄膜的外部量子效率(衡量其将入射光转换为电荷载流子时的有效性)从多晶三碘化甲铵铅向近红外波长移动，与其较小的带隙一致。“通过利用更厚的单晶吸收层，我们扩大了薄膜的吸收范围，使其非常接近最佳范围，”Alsalloum说。
该团队正致力于提高器件性能和稳定性，以更接近性能最佳的砷化镓太阳能电池。“未来的研究包括优化器件接口和探索更有利的器件结构，”Alsalloum补充道。
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