这一发现为高性能太阳能电池的合成和加工带来了曙光

科技 2020-02-18 11:02:22

卤化物钙钛矿太阳能电池有望成为下一代太阳能电池技术,但当研究人员开发出改善材料特性的技术时,没人知道这些技术为何有效。新的研究揭示了这些工程解决方案背后的科学,并为开发更高效的卤化物钙钛矿太阳能电池铺平了道路。

“这是关于材料设计的,”北卡罗莱纳州立大学材料科学与工程副教授Aram Amassian说。

“如果你想要设计出具有你所期望的特性的卤化物钙钛矿太阳能电池,你不仅要了解这种材料在不同条件下是如何工作的,还要了解其中的原因,”Amassian说。“这项工作让我们对这类材料有了更全面的了解,这种了解将照亮我们的工作。”

卤化物钙钛矿基本上是一种盐,带正电和负电的成分结合在一起形成一种中性化合物。它们有几个特点使它们成为制造高效太阳能电池的理想材料。它们可以溶解成液体,然后在低温下形成高质量的晶体,这从制造的角度来看是很有吸引力的。此外,它们很容易修复,可以容忍材料中的缺陷,而不会导致半导体性能的大幅下降。

一个国际研究小组深入研究了与卤化物钙钛矿太阳能电池合成和加工有关的一个关键现象。它涉及到这样一个事实,即在混合卤化物钙钛矿化合物的合成过程中添加铯和铷会使合成的太阳能电池在化学上更加均匀——这是我们所希望的,因为这使得材料的特性在整个电池中更加均匀。但直到现在,没有人知道为什么。

为了研究这个问题,研究人员使用时间分辨的x射线诊断法来捕捉和跟踪在整个合成过程中形成的晶体化合物的变化。测量是在康奈尔高能同步加速器进行的。

这篇论文的共同通讯作者、阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of science and Technology, KAUST)材料科学与工程副教授斯特凡·德·沃尔夫(Stefaan De Wolf)表示:“这些研究对于确定基于钙钛矿的太阳能电池的下一步市场准备工作至关重要。”

“我们发现,一些前体,或成分,想要形成几种不同于我们想要的化合物,它可以在材料中不规律地聚集关键元素,”阿马西安说。“这是我们以前不知道的。

“我们还发现,在此过程中同时引入铯和铷,可以有效抑制其他化合物的形成,促进所需的均匀卤化物钙钛矿化合物的形成,这种化合物可用于制造高性能太阳能电池。”

下一步的工作包括将这些经验从实验室的纺丝涂层转化为大面积的制造平台,使钙钛矿太阳能电池的高通量制造成为可能。

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