<p>近年來，一種新型太陽能技術似乎很有前途。鹵化物鈣鈦礦太陽能電池在生產(chǎn)電能方面既有高性能又有低成本，這是未來任何成功的太陽能技術的兩個必要成分。但新型太陽能電池材料的穩(wěn)定性也應與硅基太陽能電池相匹配，硅基太陽能細胞具有25年以上的可靠性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在最新發(fā)表的研究中，一個由Juan-Pablo Correa-Baena公司，助理教授材料科學與工程學院佐治亞理工大學的研究表明，鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性不如之前想象的那么穩(wěn)定。他們的工作揭示了電池界面層中發(fā)生的熱不穩(wěn)定性，也為鹵化物鈣鈦礦太陽能技術的可靠性和效率提供了一條途徑。他們的研究，作為該雜志的封面故事出版高級材料2022年12月，這項研究對從事光伏領域鈣鈦礦研究的學者和行業(yè)專業(yè)人士都有直接的影響。光伏是一個與陽光產(chǎn)生的電流有關的領域。</p> <p>&nbsp;</p> <p>鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池有望將陽光轉(zhuǎn)化為電能。目前，從這些電池中獲得高轉(zhuǎn)換效率的最常見策略是用稱為陽離子的大正電離子處理電池表面。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些陽離子太大，無法放入鈣鈦礦原子尺度晶格中，并且，一旦落在鈣鈦礦晶體上，就會改變材料在沉積界面的結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的原子尺度缺陷限制了太陽能電池電流提取的效率。盡管人們意識到了這些結(jié)構(gòu)變化，但對沉積后陽離子是否穩(wěn)定的研究有限，在理解可能影響鹵化物鈣鈦礦太陽能電池長期生存能力的過程方面存在差距。</p> <p>&nbsp;</p> <p>科雷亞&middot;貝納說：&ldquo;我們擔心的是，在太陽能電池長期運行期間，接口的重建將繼續(xù)。&rdquo;。&ldquo;因此，我們試圖了解并證明這一過程是如何隨著時間推移而發(fā)生的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了進行實驗，該團隊使用典型的鈣鈦礦薄膜制作了一個太陽能裝置樣品。該設備具有八個獨立的太陽能電池，使研究人員能夠根據(jù)每個電池的性能進行實驗并生成數(shù)據(jù)。他們研究了細胞在有和沒有陽離子表面處理的情況下的表現(xiàn)，并使用基于同步電子的X射線表征技術研究了長時間熱應力前后每個細胞的陽離子修飾界面。</p> <p>&nbsp;</p> <p>首先，研究人員將預處理的樣品置于100攝氏度下40分鐘，然后使用X射線光電子能譜儀測量其化學成分的變化。他們還使用了另一種X射線技術來精確研究薄膜表面形成何種晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)合這兩種工具的信息，研究人員可以直觀地看到陽離子是如何擴散到晶格中的，以及在受熱時界面結(jié)構(gòu)是如何變化的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>接下來，為了了解陽離子引起的結(jié)構(gòu)變化如何影響太陽能電池的性能，研究人員與卡洛斯&middot;席爾瓦（Carlos Silva）合作使用了激發(fā)相關光譜學，佐治亞理工大學物理和化學教授。該技術將太陽能電池樣品暴露在非常快的光脈沖中，并在每次脈沖后檢測薄膜發(fā)出的光強度，以了解光的能量是如何損失的。通過測量，研究人員可以了解哪些表面缺陷對性能有害。</p> <p>&nbsp;</p> <p>最后，該團隊將結(jié)構(gòu)和光電特性的變化與太陽能電池效率的差異聯(lián)系起來。他們還研究了兩種最常用的陽離子在高溫下引起的變化，并觀察了它們界面上的動力學差異。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Correa-Baena實驗室的研究科學家、該論文的第一作者卡洛&middot;佩里尼說：&ldquo;我們的研究表明，用某些陽離子處理會引起不穩(wěn)定性。&rdquo;。&ldquo;但好消息是，通過對接口層進行適當?shù)墓こ淘O計，我們將在未來看到這項技術的穩(wěn)定性得到增強。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員了解到，經(jīng)過有機陽離子處理的金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的表面在熱應力下，在結(jié)構(gòu)和成分上不斷演變。他們發(fā)現(xiàn)，界面處原子尺度的變化會導致太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的顯著損失。此外，他們發(fā)現(xiàn)這些變化的速度取決于所用陽離子的類型，這表明穩(wěn)定的界面可能在適當?shù)姆肿庸こ谭秶鷥?nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>科雷亞&middot;貝納說：&ldquo;我們希望這項工作將迫使研究人員在高溫下測試這些界面，并尋求解決不穩(wěn)定性問題的方法。&rdquo;。&ldquo;這項工作應該為科學家指明正確的方向，使他們能夠?qū)Ｗ⒂谝粋€領域，以建立更高效、更穩(wěn)定的太陽能技術。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>