研究人员以惊人的清晰度揭开高性能新型太阳能电池材料的神秘面纱

剑桥大学的研究人员首次使用了一套相关的多模态显微镜方法来可视化为什么钙钛矿材料似乎如此容忍其结构中的缺陷。他们的发现今天发表在《自然纳米技术》上。

生产太阳能电池板最常用的材料是晶体硅，但要实现高效的能量转换，需要能源密集型且耗时的生产过程来创建所需的高度有序的晶片结构。

在过去十年中，钙钛矿材料已成为有前途的替代品。

用于制造它们的铅盐比晶体硅更丰富且生产成本更低，并且它们可以用液体墨水制备，只需印刷即可生成材料薄膜。它们还显示出在其他光电应用方面的巨大潜力，例如节能发光二极管 (LED) 和 X 射线探测器。

钙钛矿令人印象深刻的性能令人惊讶。优秀半导体的典型模型是非常有序的结构，但钙钛矿中组合的不同化学元素阵列创造了一个更加“混乱”的景观。

这种异质性会导致材料中的缺陷，从而导致纳米级“陷阱”，从而降低设备的光伏性能。但是，尽管存在这些缺陷，钙钛矿材料仍然显示出与其硅替代品相当的效率水平。

事实上，该小组早期的研究表明，无序结构实际上可以提高钙钛矿光电的性能，他们的最新工作试图解释原因。

该小组结合了一系列新的显微镜技术，展示了这些材料的纳米级化学、结构和光电景观的完整图片，揭示了这些竞争因素之间复杂的相互作用，并最终展示了哪些是最重要的。

“我们看到的是，我们有两种形式的无序同时发生，”博士生 Kyle Frohna 解释说，“与降低性能的缺陷相关的电子无序，然后是似乎改善性能的空间化学无序。

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