科学家们查明了会削弱下一代太阳能技术潜力的缺陷的根源

在过去的十年中，钙钛矿(具有特定晶体结构的多种材料)已经成为硅太阳能电池的有前途的替代品，因为它们更便宜，制造更环保，同时达到了可比的效率水平。

但是，钙钛矿仍然表现出明显的性能损失和不稳定性，尤其是在那些具有最高最终效率的特殊材料中。迄今为止，大多数研究都集中在消除这些损失的方法上，但是它们的实际物理原因仍然未知。

现在，在今天《自然》杂志上发表的一篇论文中，来自剑桥大学化学工程与生物技术系和卡文迪许实验室的Sam Stranks博士小组的研究人员以及日本OIST的Keshav Dani教授的飞秒光谱学部门的研究人员确定了问题的根源。他们的发现可以简化提高钙钛矿效率的努力，使它们更接近大众市场生产。

钙钛矿材料比硅太阳能电池具有更好的结构缺陷耐受性，Stranks小组先前进行的研究发现，在某种程度上，它们成分的异质性实际上改善了它们作为太阳能电池和发光体的性能。

然而，钙钛矿材料的当前局限性是由于材料中某种缺陷或轻微瑕疵引起的“深陷”。在材料的这些区域中，通电的电荷载流子可能会卡住并复合，从而将能量损失为热量，而不是将其转化为有用的电或光。这种不良的重组过程可能会对太阳能电池板和LED的效率和稳定性产生重大影响。

到目前为止，人们对这些陷阱的成因知之甚少，部分原因是它们的行为似乎与传统太阳能电池材料中的陷阱截然不同。

2015年，Stranks博士及其同事发表了一篇《科学》论文，研究了钙钛矿的发光，揭示了钙钛矿在吸收或发光方面的表现。“我们发现材料非常不均一;您有相当大的区域，它们明亮且发亮，而其他区域实际上是黑暗的，” Stranks说。“这些暗区与太阳能电池或LED的功率损耗相对应。但是造成功率损耗的原因始终是个谜，特别是因为钙钛矿对缺陷的容忍度很高。”