Credit:Unsplash/CC0 Public Domain一类被称为钙钛矿的材料的潜力众所周知，这种材料可以使太阳能电池更好地吸收阳光以产生能量。然而，这种潜力尚未完全实现，尤其是在现实世界的操作条件下。今天发表在著名杂志《自然能源》上的新研究揭示了一种流行的钙钛矿光吸收剂的缺陷，这种缺陷阻碍了太阳能电池的性能。研究人员发现，这些“晶粒内平面缺陷”的性质和密度的变化与太阳能电池性能的变化相关。
由莫纳什大学和武汉理工大学领导的一个国际研究团队的发现，可能会导致太阳能电池技术的改进，并为减少化石燃料的能源使用提供又一步。
钙钛矿光吸收剂有潜力通过增加一个额外的层来提高已建立的硅太阳能电池的效率，该层可以吸收b色或阳光的部分能谱，而目前的硅太阳能电池不能。
硅太阳能电池的最高性能约为容量的32%。这意味着只有大约32%的阳光能量可以被硅太阳能电池捕获。
将这种钙钛矿太阳能电池放置在被称为串联太阳能电池的硅太阳能电池之上，可以有效地将电池堆的整体性能提高大约42%。
由于钙钛矿组成的微小变化可以相对容易地调节钙钛矿太阳能电池的吸收光谱，因此可以制造吸收较高能量光但让较低能量光通过的钙钛矿太阳能电池。
研究小组使用莫纳什电子显微镜中心(MCEM)开发的成像和衍射协议，研究了一系列处于原始状态的钙钛矿太阳能电池材料的晶体结构。
相应的第一作者，乔安妮·埃瑟里奇教授，MCEM大学的主任和材料科学与工程系的教授说，周期性晶体结构的破坏会对材料的电子特性产生强烈的影响。
“能够绘制钙钛矿光吸收剂薄膜的局部晶体结构，并将其与整个太阳能电池器件性能相关联，为如何提高器件性能提供了令人兴奋的新见解，”以太里奇教授说。
第一作者，来自武汉理工大学的李玮博士说，“要制造一个好的太阳能电池，材料必须能够有效地将阳光转化为电能，并在户外持续几十年。
“从光产生电涉及吸收光子以产生受激电子，在这些电子重新结合之前将它们与留下的空穴分离，最后将分离的电子和空穴提取到外部电路中。
这些电荷载流子在晶体半导体中的行为，以及随后对太阳能电池整体性能的影响，在很大程度上取决于材料的晶体学性质
研究小组能够通过调整钙钛矿薄膜的化学成分来控制某些类型的晶体缺陷——晶粒内平面缺陷——的存在。
平面缺陷是在某些晶面上出现的原子排列的缺陷。
这些缺陷打破了晶格中原子的连续重复排列。晶粒内平面缺陷是钙钛矿材料中原子排列的一种特殊破坏。
通过调节小甲铵分子相对于大甲铵分子的比例，改变了MA1-xFAxPbI3(一种钙钛矿太阳能电池)中这些缺陷的类型和密度。
不含晶粒内平面缺陷的组合物具有最好的太阳能电池性能。这项研究表明，这种晶体缺陷会对钙钛矿太阳能电池产生重要影响，可能是限制其电流性能的一个因素。
联合首席作者马蒂亚斯·罗斯曼博士在莫纳什大学攻读博士期间进行了部分工作，目前正在牛津大学继续研究钙钛矿太阳能电池。Rothm ann博士说，这些信息为改善钙钛矿太阳能电池性能开辟了新的途径。
“例如，一个铁匠通过锤打热钢来引入缺陷，通过在水中淬火钢来锁定缺陷，从而使钢更硬，但延展性更差。然而，在传统的硅太阳能电池中，缺陷通常与较短的电荷载流子扩散长度和寿命有关，导致较低的功率转换效率，”他说。
“我们发现，在这些钙钛矿太阳能电池中存在这些晶粒内平面缺陷时，性能也会出现类似的下降。我们希望我们的工作能够在充足阳光的基础上为无化石燃料的未来做出贡献。”
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