研究人员解码了不同配方钙钛矿行为的一个关键方面

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2019年2月8日

大家庭钙钛矿具有特定的晶体结构。由于其灵活性、低成本和相对容易的制造工艺，这些化合物作为新型、有前途的太阳能电池材料吸引了大量的兴趣。欧洲杯足球竞彩

钙钛矿型太阳能电池有很大的发展前景，部分原因是它们可以很容易地在柔性衬底上制造，就像这个实验电池一样。（图片来源：肯·理查森）

然而，人们对它们的结构细节以及替换材料内部各种金属或其他元素的影响知之甚少。传统的硅太阳能电池必须在1400°C以上的温度下进行加工，而昂贵的设备往往会限制其规模化生产的能力。2020欧洲杯下注官网相反，在低成本设备的帮助下，可以在温度低于100°C的液体溶液中处理钙钛矿。2020欧洲杯下注官网除此之外，钙钛矿还可以沉积在一系列的基片上，例如柔性塑料，从而实现广泛的创新应用，而这是用更硬和更厚的硅片无法实现的。

现在，科学家已经成功地确定了钙钛矿行为的一个重要方面:一些添加剂有一种“甜点”，在较高的量，提高性能，超过这个量，额外的量开始降解它。

前麻省理工学院博士后Juan-Pablo Correa-Baena、麻省理工学院(MIT)教授Moungi Bawendi和Tonio Buonassisi，以及麻省理工学院、加州大学圣地亚哥分校(University of California at San Diego)和其他18位教授，已经在该杂志上报告了这项研究的结果欧洲杯线上买球．

钙钛矿是一类具有三部分晶体结构的化合物，每一部分都可以由任意数量的不同化合物或元素发展而来，从而产生了非常广泛的有前途的配方。根据Buonassisi的说法，新型钙钛矿的开发可以比作从菜单上订购，然后从a列、B列和(按惯例)X列中分别选择一个或多个。

”你可以混合搭配然而，到目前为止，所有的差异只能通过试错法来分析。这是因为调查人员对材料内部究竟发生了什么没有基本的了解。

之前的一项研究是由瑞士École Polytechnique Fédérale de Lausanne的一个研究小组进行的，科雷亚-巴埃纳参与了这项研究。该研究揭示，当某些碱金属加入钙钛矿混合物时，它们可能会提高材料的效率，将太阳能转化为电能，从19%到22%然而，当时还没有对这种增强的解释，也不知道这些金属在化合物中究竟做了什么。”关于微观结构如何影响性能，我们知之甚少“布奥纳西说。

现在，利用高分辨率同步辐射纳米X射线荧光测量（使用光束探测仅为头发宽度千分之一的材料）进行的综合测绘揭示了工艺细节，并为如何进一步提高材料性能提供了可能的线索。

人们发现，当这些碱金属，如铷或铯，被添加到钙钛矿化合物中时，一些其他成分能够以更平滑的方式结合在一起。正如研究人员所描述的，这种添加剂有助于使混合物“均质”，使其更容易导电，从而提高其作为太阳能电池的效率；然而，该团队指出，这只适用于特定的一点。超过特定浓度后，添加的金属聚集在一起，形成干扰材料导电性的区域，部分抵消了最初的好处。研究人员指出，对于这些复杂化合物的任何特定配方，甜点都是提供最佳性能的。

”这是一个重大发现科雷亚-巴埃纳于今年1月成为佐治亚理工学院材料科学与工程助理教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球在麻省理工学院和加州大学圣地亚哥分校的合作者经过大约三年的研究后，研究人员发现了一个有趣的事实:当你添加这些碱金属时会发生什么，为什么性能会提高“该团队能够直接看到材料成分的变化，并展示了这些同质化和聚集的抵消影响，以及其他东西。

”这个想法是，基于这些发现，我们现在知道我们应该研究类似的体系，比如添加碱金属或其他金属“或修改配方的其他部分，”Correa Baena说。

尽管与传统硅太阳能电池相比，钙钛矿具有重大优势，特别是在建造工厂制造钙钛矿太阳能电池所需的低成本方面，但仍需要做更多的工作来提高其整体效率并延长其寿命，这大大落后于硅电池。

尽管研究人员已经解释了钙钛矿材料在添加各种金属后发生的结构变化及其性能的相应变化，”我们仍然不明白这背后的化学原理”,表示Correa-Baena。这是研究人员正在进行的研究的主题。根据Correa-Baena的说法，这些钙钛矿太阳能电池的假设最大效率约为31%，到目前为止，最优性能约为23%;因此，仍然有可能进行改进的主要余地。

虽然钙钛矿可能需要数年时间才能充分发挥其潜力，但至少有两家公司已经在创建生产线的过程中，并计划在明年左右开始商业化他们的第一个模块。其中一些是彩色的、透明的微型太阳能电池，被设计成与建筑物的façade相结合。”它已经发生了科雷亚-巴埃纳说，但要使这些设备更耐用，仍有很多工作要做”。

据Buonassisi说，一旦大规模制造、耐久性和效率的问题得到解决，钙钛矿将成为可再生能源领域的一个关键角色。