无定形钙钛矿的奥秘得以解决

AMOLF的研究人员Erik Garnett，Susan Rigter和他的同事是第一个无可辩驳地证明存在无定形钙钛矿的人。该材料可以显着提高钙钛矿生产的太阳能电池的效率。这项研究今天发表在《高级功能材料》杂志上。

钙钛矿是一种很有前途的太阳能电池新材料，它是天然晶体。换句话说，原子以有序的模式堆积在一起。从传统的硅太阳能电池中，我们知道，如果材料的一部分是非晶态的，则可以提高电池的效率，这意味着原子会随机堆积在一起。

Erik Garnett(AMOLF纳米级太阳能电池)是第一个认识到非晶钙钛矿可以实现相同功能的公司。接下来的挑战是生产这种材料并研究其性能。Garnett解释了为什么很难做到这一点：“钙钛矿由离子组成。从本质上讲，这些离子很容易组织在晶格中，就像食盐一样。我们需要想出一种技巧来防止这些晶体形成，我们设法随后，我们还使用X射线衍射等技术证明了该材料是非晶态的。由此，我们提供了第一个无可辩驳的证据，证明存在非晶态钙钛矿。”

醋使钙钛矿变质

苏珊·里格特(Susan Rigter)的第一作者加内特(Garnett)及其同事采用的技巧是改变乙酸钙(钙钛矿的成分之一)的数量。更多的乙酸盐(醋中的关键成分)会导致更多的无定形钙钛矿，因为它阻碍了结晶过程并加速了溶剂的消失。加内特说：“实际上，我们惊讶地发现我们可以形成无定形钙钛矿，因此我们想研究其形成机理。” “我们证明，作为中间阶段，在溶液中形成了阻碍结晶的络合物。当我们随后加热溶液以蒸发溶剂时，络合物分解得如此迅速，以至于没有时间结晶。”

研究人员设计的制造无定形钙钛矿的方法是广泛适用的。研究最多的钙钛矿是甲基铵碘化铅，但该合成方法还适用于其他铵盐和其他卤化物，例如溴化物而不是碘化物。此外，结果发现，改变这些成分会导致带隙发生偏移，该物质的性质指示太阳能电池吸收哪种颜色的光并最有效地将其转化为电能。调整非晶带隙的能力允许将具有不同带隙的许多材料组合在一起，从而提高太阳能电池的效率。

高效太阳能电池

Garnett说，类似于硅太阳能电池，钙钛矿的非晶层可以通过提供所谓的钝化层来帮助提高效率。由于光照射在太阳能电池上，电子在材料中释放出来。这些电子移动到表面，通过电子触点将其除去。这产生了电流。在晶体中，电子会被捕获在晶体的边界处。在记录硅太阳能电池中，非晶钝化层可确保不会发生这种情况，从而导致太阳能电池输出更高的功率。非晶钙钛矿也可以实现该功能，这将进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率。“当使用非晶态钙钛矿作为钝化层时，我们可以测量更强和更长寿命的发光，

因此，研究的下一步是生产这种类型的太阳能电池，首先是用结晶钙钛矿层覆盖，然后用非晶态钙钛矿层覆盖。这比仅生产非晶态钙钛矿要困难得多，因为下面的晶体层提供了有序的模板，使原子更容易以有序的方式堆积。“我认为与硅的类比是我们研究中最令人兴奋的方面，”加内特说。“我认为这对于钙钛矿具有巨大的可能性是一项重大突破。”

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