下一代太阳能电池的缺陷可以用光治愈

研究人员表明，钙钛矿分子结构中的缺陷(一种可以彻底改变太阳能电池行业的材料)可以通过将其暴露在光和适量的湿度下而得到“修复”。

国际研究人员团队在2016年证明，钙钛矿的晶体结构缺陷可以通过将其暴露在光下进行修复，但这种影响是暂时的。

现在，来自剑桥大学，麻省理工学院，牛津大学，巴斯大学和代尔夫特大学的扩展团队已经证明，这些缺陷可以得到永久修复，这可以进一步加速开发廉价，高性能，基于钙钛矿的太阳能电池，与硅的效率相媲美。 。他们的结果发表在Cell Press出版的Joule杂志的首期版本中。

当今市场上大多数太阳能电池都是基于硅的，但是由于它们昂贵且生产能耗大，因此研究人员一直在寻找太阳能电池和其他光伏电池的替代材料。钙钛矿也许是这些替代物中最有前途的：它们便宜且易于生产，并且在短短的几年发展中，钙钛矿在将太阳光转化为电能方面的效率几乎与硅一样。

尽管钙钛矿具有潜力，但某些局限性限制了它们的效率和一致性。钙钛矿晶体结构中的微小缺陷(称为陷阱)会导致电子在利用能量之前被“卡住”。电子越容易在太阳能电池材料中移动，该材料将光子，光粒子转换成电的效率就越高。

“在钙钛矿太阳能电池和LED中，由于缺陷，您往往会损失很多效率，”在麻省理工学院和剑桥大学共同担任玛丽居里学者的同时领导该研究的Sam Stranks博士说。“我们想知道缺陷的根源，以便我们消除它们并提高钙钛矿的效率。”

在2016年的一篇论文中，Stranks和他的同事发现，钙钛矿暴露在光照下时，碘离子-原子中的电子被剥离，使它们带有电荷-迁移出光照区域，并在此过程中扫走了大部分该区域的缺陷以及它们。但是，这些效果虽然很有希望，但只是暂时的，因为移除光时离子迁移回了相似的位置。

在这项新研究中，研究小组制造了一种基于钙钛矿的设备，并使用与可伸缩的卷对卷工艺兼容的技术进行印刷，但是在该设备完成生产之前，他们将其暴露在光线，氧气和湿气中。钙钛矿暴露于湿气中通常会开始降解，但研究小组发现，当湿度水平在40%至50%之间且暴露时间限制为30分钟时，不会发生降解。曝光完成后，剩下的层将沉积以完成设备。

当施加光时，电子与氧结合，形成超氧化物，可以非常有效地与电子陷阱结合并防止这些陷阱阻碍电子。在伴随水的存在下，钙钛矿表面也被转化为保护壳。外壳涂层可以清除表面的陷阱，但也可以锁定超氧化物，这意味着钙钛矿的性能改善现在可以长期使用。

“这是违反直觉的，但是施加湿度和光线会使钙钛矿型太阳能电池更具发光性，如果您想要高效的太阳能电池，这一特性非常重要，”现位于剑桥大学卡文迪许实验室的Stranks说。“我们已经看到发光效率从1%提高到89%，我们认为我们可以将其提高到100%，这意味着我们可以没有电压损失-但是仍然有很多工作要做。”