“大惊喜”发现增加了佩洛夫斯太阳能电池效率

可视化电荷载体（紫色）如何在无序的钙钛矿结构中积聚。

剑桥大学的科学家们研究了下一代太阳能电池和柔性LED的佩洛夫斯基钛矿材料，发现它们在其化学成分减少有序时可以更有效，大大简化生产过程和降低成本。

2019年11月11日在自然光子学中发表的令人惊讶的发现是由Felix Deschler博士和Sam Stranks博士领导的合作项目的结果。

用于生产太阳能电池板的最常用材料是晶体硅，但是为了实现有效的能量转换需要昂贵且耗时的生产过程。硅材料需要具有高度有序的晶片结构并且对任何杂质（例如灰尘）非常敏感，因此必须在洁净室中制造。

在过去十年中，佩罗夫斯基特材料已成为有前途的替代品。

用于制造它们的铅盐比结晶硅更丰富，更便宜，并且可以在简单地印刷以产生材料薄膜的液体油墨中制备它们。

“这项研究的美丽真的在于对违规的发现，易于让易于意味着材料会更糟，但实际上可以更好。” - Sascha Feldmann.

用于制造钙钛矿的部件可以改变以提供材料不同的颜色和结构性，例如使薄膜发出不同的颜色或更有效地收集阳光。

您只需要这部钙钛矿材料的一部非常薄薄的薄膜 - 比人类发毛更薄的一千次 - 为了实现目前使用的硅晶片的类似效率，打开将它们融入窗户或灵活，超轻量级智能手机屏幕上的可能性。

“这是新一类可以彻底彻底改变所有这些技术的半导体，”博士学位，博士学位说：“博士学位，Sascha Feldmann说。 Cambridge的Cavendish实验室的学生。

“当您将它们兴奋地兴奋时，这些材料显示出非常有效的排放，或者施加电压以运行LED。

“这真的很有用，但它仍然不清楚为什么我们在我们的实验室中处理的原因比这些洁净室高纯度硅晶片更粗略地表现得很好。”

科学家们假设，就像用硅材料一样，它们越有序，他们可以制造材料，它们会更有效。但是，费尔德曼和她的联合主导作者斯图尔特麦克弗森惊讶地发现相反的是真实的。

“发现真的是一个大大惊喜，”Deschler说，他现在在碰慕尼黑领导了一个艾米帝国研究小组。“我们做了很多光谱，以探索我们材料的工作机制，并想知道为什么这些真正的化学杂乱的电影表现得非常好。”

“寻求为佩罗夫斯克斯制作更大的制作线路的公司一直试图解决如何使电影更加友好的问题，但现在我们可以向他们展示一个简单的喷墨印刷过程可以做得更好。” - Sascha Feldmann.

“看看我们可以从这些材料中获得多少光在我们期望他们认为它们非常黑暗的情况下，这很令人着迷，”麦克弗森说：在卡文派实验室的学生。“也许我们不应该感到惊讶，考虑到佩罗夫斯基特在存在缺陷和紊乱的情况下重新编写了规则书。”

研究人员发现，它们的粗糙，多组分合金制剂实际上通过创造许多具有不同组成的区域来提高材料的效率，这些区域可以从太阳能电池中的阳光下捕获通电电荷载体，或者电流引领。

“它实际上是因为这种粗糙的加工和随后的化学成分的解混，您可以在能源中创造这些山谷和山脉，以漏斗漏斗并集中在一起，”费尔德曼说。“这使得它们更容易提取太阳能电池，并且在LED中从这些热点产生光线更有效。”

他们的发现可能对这些材料的制造成功产生了巨大影响。

“寻求为佩罗夫斯基斯制作更大的制作线路的公司一直试图解决如何使电影更加友好的问题，但现在我们可以向他们展示一个简单的喷墨印刷过程可以做得更好，”费尔德曼说。

“这项研究的美丽真的在于对违规的发现，易于让易于意味着材料会更糟，但实际上可以更好。”

“现在是寻找制造条件的令人兴奋的挑战，这些条件在材料中产生最佳疾病以实现最大效率，同时仍然保持特定应用所需的结构性，”Deschler说。

“如果我们能够更准确地学习控制疾病，我们可以预期进一步的LED或太阳能电池性能改进 - 甚至超越硅，具有量身定制的串联太阳能电池，包括两个不同颜色的钙钛矿层，在一起可以从中收获更多的电力SUN SONS独自一层，“剑桥大学化学工程和生物技术和卡文美实验室能源大学讲师博士。

钙钛矿材料的另一个限制是它们对水分的敏感性，因此这些群体还研究了提高其稳定性的方法。

“仍然有工作要做，使他们持续硅可以 - 但我乐观，”斯特克斯说。

参考：“通过局部电荷载体积聚的局部电荷载体积聚在高效的发光中，Sascha Feldmann，Sascha Feldmann，Stuart Macpherson，Satyaprasad P. Senanayak，Mojtaba Abdi-Jalebi，jasjtaba Abdi-jalebi，jasmine ph rivett，广州南，格雷戈里D. Tainter，Tiarnan作为多赫蒂，凯尔蒂Frohna，Emilie Ringe，Richard H. Friend，Henning Sirringhaus，Michael Saliba，David Beljonne，Samuel D. Stranks和Felix Deschler，2019年11月11日，Nature Photonics.Doi：
10.1038 / s41566-019-0546-8