多晶钙钛矿可以将阳光转化为电能

能源部国家可再生能源实验室(NREL)的一组科学家确定，表面复合限制了多晶钙钛矿太阳能电池的性能。

对NREL和其他地方钙钛矿的大量研究证明了该材料在将太阳光转化为电能方面的有效性，通常可提高20%的效率。太阳光产生移动电子，其运动产生能量但遇到缺陷时可能会进入非生产过程。这种方法称为重组，降低了太阳能电池的效率。为了使细胞最有效，重组必须缓慢进行。

随着先前对钙钛矿的研究主要集中在体相重组上，一个领域未经检验直到现在都涉及碘化钙钙钛矿中的表面重组。NREL的科学家们确定钙钛矿膜的其他部分的重组并不像顶部和底部表面发生的那样重要。

Matthew Beard和他在NREL化学和纳米科学中心的同事使用瞬态反射光谱研究了单晶和多晶薄膜的表面复合。他们的发现，顶部和底部表面限制了碘化钙钙钛矿薄膜的载体寿命，出现在Nature Energy中。

“重要的是要知道重组的来源，”该研究论文的第一作者比尔德说。“有多种可能的重组来源。为了改善你的设备，你被要求摆脱所有非辐射重组。通常人们忘记了表面。他们考虑晶界。他们考虑体积缺陷等等“。

比尔德说，研究确定表面重组是一个需要克服的障碍。表面复合直接影响光伏器件的性能。能够设计表面的能力有利于基于钙钛矿的光电应用。快速表面复合可用于设计光电探测器，而激光器和发光二极管需要较慢的速度。

同时出现在“物理化学化学物理”杂志上的第二项研究由杨孟进，曾轶宁，李振，金东东，姜振生，Jao van de Lagemaat和朱竺撰写，进一步加强了自然能源论文的结论。 。这项研究使用高分辨率荧光寿命成像，也表明表面重组是决定因素，而不是晶界重组。

研究人员比较了两种类型的样品：单晶和多晶薄膜。令人惊讶的是，与在太阳能电池器件中发现的多晶样品相比，单晶样品的表面重组更差。化学上，过量的甲基碘化铵存在于多晶膜的表面上，但在单晶样品上不存在。

“这似乎有所帮助，”比尔德说。“单晶具有富铅表面和更快的表面复合。”该研究表明，在多晶薄膜表面上轻微涂覆保护材料可以进一步改善钙钛矿太阳能电池的性能。

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