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在效率方面,全无机钙钛矿与混合钙钛矿具有良好的对比
在效率方面,全无机钙钛矿与混合钙钛矿具有良好的对比

文摘:
有机-无机杂化钙钛矿已经证明了高达25%的光伏效率。该领域普遍认为,材料中的有机分子(含碳和氢)是实现这一令人印象深刻的性能的关键,因为它们被认为可以抑制缺陷辅助载体的重组。

太阳能的光明前景:新的研究表明,全无机钙钛矿太阳能电池在提高太阳能电池效率方面有着巨大的前景

圣巴巴拉,加州|发布于2021年10月15日

加州大学圣巴巴拉分校材料系的一项新研究表明,不仅这种假设是错误的,而且全无机材料有潜力胜过混合钙钛矿。这些发现发表在10月20日出版的《细胞报告物理科学》杂志封面上的一篇题为《全无机卤化物钙钛矿作为高效太阳能电池的候选材料》的文章中。

为了比较材料,我们对复合机制进行了全面的模拟,该研究的首席研究员谢章解释说。当光线照射在太阳能电池材料上时,光产生的载流子产生电流;在缺陷处的复合破坏了一些载流子,因此降低了效率。缺陷因此成为效率杀手

为了比较无机钙钛矿和杂化钙钛矿,研究人员研究了两种原型材料。这两种材料都含有铅和碘原子,但其中一种材料的晶体结构是由无机元素铯完成的,而另一种材料则含有有机甲基铵分子。

整理这些过程实验是极其困难的,但最先进的量子力学计算可以准确预测复合率,由于新方法开发的UCSB材料教授Chris Van de机器人瓦力,他认为马克Turiansky,高级的研究生,帮助编写代码来计算重组率。

图里安斯基说:“我们的方法在确定哪些缺陷导致承运人损失方面非常有效。”看到这种方法应用于我们这个时代的关键问题之一,即可再生能源的高效发电,是令人兴奋的

运行模拟显示,这两种材料共有的缺陷会产生可比较的(相对良性的)重组水平。然而,杂化钙钛矿中的有机分子会破裂;当发生氢原子的损失时,由此产生的空穴大大降低了效率。因此,分子的存在对材料的整体效率是一种损害,而不是一种资产。

那么,为什么在实验中没有发现这一点呢?主要是因为很难生长出高质量的全无机材料层。它们有采用其他晶体结构的倾向,促进所需结构的形成需要更大的实验努力。然而,最近的研究表明,实现优选结构绝对是可行的。尽管如此,这种困难解释了为什么全无机钙钛矿至今没有得到那么多的关注。

Van de Walle的结论是:我们希望我们关于预期效率的发现将刺激更多的生产无机钙钛矿的活动。

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这项研究的资金由能源部科学办公室,基础能源科学办公室提供;计算是在国家能源研究科学计算中心进行的。

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联系人:
雪莱Leachman
加州大学圣巴巴拉分校

办公室:805-893-8726

版权所有©加州大学圣巴巴拉分校

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