从新的角度看钙钛矿

澳大利亚研究人员可能已经克服了一个重大障碍，在全球寻求开发下一代钙钛矿太阳能电池。

一次偶然的观察和快速跟踪使ARC卓越激子科学中心的一个团队解决了这种材料暴露在阳光下时引起的基本稳定性问题。

他们的突破，在一篇文章中报道纸在杂志上天然材料，意味着材料可以保持稳定，而不需要改变理想的组成。

由于钙钛矿独特的晶体结构可以很容易地由多种元素合成，因此钙钛矿引起了人们的广泛关注。科学家们已经设计出具有一系列有趣特性的钙钛矿晶体，在超声波机、传感器、激光器和存储芯片等技术中非常有用。

由金属卤化物钙钛矿晶体制成的太阳能电池特别有前景。它们比使用硅的电池薄500倍——自20世纪50年代以来，太阳能技术一直依赖硅材料——这意味着生产成本可以保持在较低水平。

他们也更灵活，更有效率。在科学家们研究它们的短短十年里，它们的转换效率已经飙升到25%左右。相比之下，硅基电池需要40年才能达到类似的效率。

但这并非一帆风顺。“不同的卤化物在阳光照射在这些材料上时往往会在空间上分离，这显然降低了它们的有用性，”来自悉尼大学的材料科学家Asaph Widmer Cooper和该论文的共同作者解释道。

这种对精心安排的成分的破坏会干扰材料对某些波长的吸收，并影响其效率和电荷载流子传导。这是一个关键问题的材料，将不断暴露在阳光下。

解决方案是什么？在他们的论文中，研究人员描述了高强度光是如何实际消除低强度光造成的破坏的。在进行一项不相关的测量时，意外地观察到了这种效应，但研究小组很快意识到他们偶然发现了一些重要的东西。

由悉尼大学Stefano Bernardi领导的计算模型帮助阐明了这一惊人观察的重要性。

“我们发现，当你增加激发强度时，离子晶格中的局部应变——这是分离的原始原因——开始合并在一起，”他解释道。

这导致破坏晶体成分的局部变形消失。

“在一个正常的晴天，强度很低，这些变形仍然是局部的，”Bernardi说。但是，如果你能找到一种方法，例如使用太阳能聚光器，将激发提高到某一阈值以上，那么分离现象就会消失

其他研究小组试图通过调整金属卤化物钙钛矿的组成或改变材料的尺寸来解决这个问题。新作品的关键在于构图不必改变。

来自墨尔本大学的合著者Chris Hall说：“我们所展示的是，你可以在你想要使用它的状态下使用太阳能电池。”“你所需要做的就是把更多的光线聚焦到它上面。”

这项研究解决了钙钛矿型太阳能研究面临的一个关键问题，但真正的测试将在实际应用中进行。

温德默-库珀补充说:“还有很多工作要做，不仅要测试我们在太阳能电池中稳定混合卤化钙钛矿的想法，还要扩大打印过程。”

他说，这是ARC激子科学卓越中心正在与澳大利亚CSIRO合作解决的问题。