太阳能的乐观前景

新的研究表明，全无机钙钛矿太阳能电池有望提高太阳能电池的效率

混合有机-无机钙钛矿已经表现出超过 25% 的非常高的光伏效率。该领域的普遍观点是，材料中的有机（含碳和氢）分子对于实现这种令人印象深刻的性能至关重要，因为它们被认为可以抑制缺陷辅助载流子复合。

加州大学圣巴巴拉分校材料系的新研究不仅表明这种假设是错误的，而且全无机材料有可能超越混合钙钛矿。该研究结果发表在10月20日出版的《电池报告物理科学》（Cell Reports Physical Science）杂志封面上的文章《所有无机卤化物钙钛矿作为高效太阳能电池的候选材料》（'All-inorganic halide perovskites as candidates for efficient solar cells'）。

“为了比较材料，我们对复合机制进行了综合模拟，”该研究的首席研究员谢章解释说。 “当光线照射在太阳能电池材料上时，光生载流子会产生电流；缺陷处的重组会破坏一些载流子，从而降低效率。因此，缺陷是效率杀手。”

为了比较无机钙钛矿和杂化钙钛矿，研究人员研究了两种原型材料。两种材料都含有铅和碘原子，但在一种材料中，晶体结构由无机元素铯完成，而在另一种材料中，存在有机甲基铵分子。

通过实验对这些过程进行分类非常困难，但由于 UCSB 材料教授 chris Van de Walle 小组开发的新方法，最先进的量子力学计算可以准确预测复合率，chris Van de Walle教授对该研究组高级研究生Mark Turiansky表示赞许，他帮助编写了计算重组率的代码。

“我们的方法对于确定哪些缺陷会导致载体损失非常有效，”Turiansky 说。 “看到这种方法被应用于我们这个时代的一个关键问题，即可再生能源的高效生产，令人兴奋。”

运行模拟表明，这两种材料共有的缺陷会引起可比较（且相对良性）的重组水平。然而，杂化钙钛矿中的有机分子可以分解；当发生氢原子损失时，由此产生的“空位”会大大降低效率。因此，分子的存在对材料的整体效率是有害的，而不是有利的。

那么，为什么没有在实验中注意到这一点呢？主要是因为所有无机材料的高质量层更难生长。他们倾向于采用其他晶体结构，促进所需结构的形成需要更大的实验努力。然而，最近的研究表明，实现首选结构是绝对可行的。尽管如此，这一困难解释了为什么全无机钙钛矿迄今为止没有受到足够的关注。

Van de Walle 总结道：“我们希望我们关于预期效率的发现将激发更多旨在生产无机钙钛矿的活动。”

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