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钙钛矿的新可能

2021/2/18 10:39:18 材料来源：compoundsemiconductor

加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员发现了一种新方法，可用于改进钙钛矿基太阳能电池和LED

UCLA材料科研工作者发现，钙钛矿具有以前未使用的分子成分，可以进一步调节其电学性能。

钙钛矿材料以俄罗斯矿物学家列夫·佩罗夫斯基（Lev Perovski）的名字命名，具有像陶瓷一样由无机分子组成的晶格结构，以及交错分部的有机分子结构。到目前为止，研究认为这些有机分子结构似乎仅起结构支撑作用，不能直接提升钙钛矿的电学性能。

在UCLA带领下，一项新研究表明，如果钙钛矿中有机分子设计合理，它们不仅可以保持晶格结构，而且还有助于提升材料的电子性能。这一发现为改善材料设计提供了新的可能性，这些新材料将更好地应用于太阳能电池和LED中，详细研究的研究报告最近发表在《科学》杂志上。

“这项发现就像找到了一条能玩新花样的老狗，" UCLA萨穆里理工学院工程学教授Yang Yang说： “在材料科学中，我们一直致力于设计材料的原子结构以实现高效性能。我们的博士后和研究生并没有把已有成果当作理所当然，而是更深入地挖掘以寻找新的途径。”

为了制造性能更好的钙钛矿材料，研究人员引入了一种特殊设计的有机分子，即一种含芘的有机铵。带正电荷的铵分子与芘分子（碳四重环）连接。这种分子设计使钙钛矿的电学性能变得更加可调控。

“钙钛矿的独特之处在于它们具有高性能无机半导体的优势，以及聚合物的简便且低成本的可加工性。” UCLA材料科学与工程博士后研究员Rui Wang说：“这种新兴改性钙钛矿材料提供了以更高的效率改进设计概念的途径。”

为证明新设计的钙钛矿性能提升，该团队使用这些材料构建了光伏（PV）电池原型，然后在2,000小时连续光照下进行测试。新电池继续以85％的原始效率持续将光转换为能量。这与由相同材料制成，但没有添加改性有机分子的光伏电池形成鲜明对比，仅保留了其原始效率的60％。

参考文献：

'Reconfiguring the band-edge states of photovoltaic perovskites by conjugated organic cations' by Jingjing Xue et al; Science 05 Feb 2021: Vol. 371, Issue 6529

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