光伏效率超25%！研究發(fā)現(xiàn)：無機(jī)鹵化物鈣鈦礦可作為高效太陽能電池候選材料

有機(jī)-無機(jī)混合鈣鈦礦顯示出超過25%的光伏效率。該領(lǐng)域的主流觀點是，材料中的有機(jī)（含碳和氫）分子對于實現(xiàn)這一令人印象深刻的性能至關(guān)重要，因為它們被認(rèn)為可以抑制缺陷輔助的載流子重組。

加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校材料系的新研究表明這一假設(shè)不僅不正確，而且無機(jī)材料有可能超過混合鈣鈦礦。

為了比較這些材料，科學(xué)家對重組機(jī)制進(jìn)行了全面的模擬。當(dāng)光照在太陽能電池材料上時，光產(chǎn)生的載流子產(chǎn)生電流；缺陷處的重組破壞了其中一些載流子，從而降低了效率。因此，缺陷是效率的“殺手”。

為了比較無機(jī)和混合鈣鈦礦，研究人員研究了兩種原型材料。兩種材料都含有鉛和碘原子，但在一種材料中，晶體結(jié)構(gòu)是由無機(jī)元素銫完成的，而在另一種材料中，使用的是有機(jī)甲基銨分子。

運行模擬顯示，這兩種材料的共同缺陷引起了可比的（和相對無害的）重組水平。然而，混合鈣鈦礦中的有機(jī)分子可以分解；當(dāng)氫原子損失發(fā)生時，產(chǎn)生的“空位”會強(qiáng)烈地降低效率。因此，該分子的存在對材料的整體效率來說是一種損害。

那么，為什么這一點在實驗中沒有被注意到呢？這主要是因為生長高質(zhì)量的無機(jī)材料層比較困難。它們有采用其他晶體結(jié)構(gòu)的傾向，而促進(jìn)所需結(jié)構(gòu)的形成需要更多的實驗。然而，最近的研究表明，實現(xiàn)首選結(jié)構(gòu)是絕對可行的。盡管如此，這種困難還是解釋了為什么迄今為止無機(jī)鈣鈦礦沒有得到那么多的關(guān)注。

研究人員說：“我們希望我們這個發(fā)現(xiàn)可以讓人們更加關(guān)注無機(jī)鈣鈦礦。”

該研究論文題為"All-inorganic halide perovskites as candidates for efficient solar cells"，已發(fā)表在CellReports Physical Science期刊上。

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參考資料：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2666386421003192

標(biāo)簽： 光伏 鹵化物 候選 太陽能電池