将太阳光转化为电能的人造晶体

2019-10-10 10:30:34

KU Leuven领导的一项研究首次解释了如何稳定有前景的钙钛矿-可以将阳光转化为电能的人造晶体。结果,晶体变成黑色,使其能够吸收阳光。为了能够在易于制造且高效的新型太阳能面板中使用它们,这是必要的。该研究发表在《科学》杂志上。

钙钛矿是具有许多应用的半导体材料。它们在收获太阳能方面显示出特别的希望。当前,大多数太阳能电池是由硅晶体制成的,硅晶体是用于该目的的相对简单有效的材料。但是,基于钙钛矿的器件比硅具有更高的转换效率。唯一的问题:一些最有前途的钙钛矿,即三碘化铯铯(CsPbI3)在室温下非常不稳定。在这些条件下,它们具有黄色,因为晶体中的原子不会形成钙钛矿结构。为了使晶体有效吸收阳光并将其转化为电能,它们应处于黑色钙钛矿状态,并保持这种状态。

KU鲁汶膜研究中心的朱利安•斯蒂尔(Julian Steele)博士解释说:“硅形成了非常坚固的硬质晶体。如果按压它,它的形状不会改变。另一方面,钙钛矿更柔软,更具延展性。”可持续解决方案(cMACS)的分离,吸附,催化和光谱学。“我们可以在各种实验室条件下使它们稳定,但是在室温下,黑色钙钛矿原子确实希望重新排列,改变结构并最终使晶体变黄。”

斯蒂尔与一个国际科学家团队一起发现,通过将钙钛矿太阳能电池薄膜粘合到一块玻璃上,这些电池可以获得并保持其所需的黑色状态。将该薄膜加热至330摄氏度,使钙钛矿膨胀并粘附在玻璃上。加热后,将薄膜迅速冷却至室温。此过程将原子固定在晶体中,限制了它们的移动,从而使它们保持所需的黑色形式。

斯蒂尔说:“决定太阳能电池质量的三个因素是:价格,稳定性和性能。钙钛矿在性能和价格上得分很高,但它们的稳定性仍然是一个主要问题。” 几年来科学家一直在观察钙钛矿在加热后可以保持其黑色,但至今尚不清楚原因。Steel解释说:“在我们的研究中,我们选择CsPbI3是因为它的性能非常高。” “此外,它是钙钛矿中最不稳定的类型之一,这意味着它对我们描述的方法很敏感,应该转化为其他不稳定的钙钛矿。”

该研究中使用的许多数据是从欧洲同步加速器辐射设施收集的。为了了解在分子尺度上的实验观察结果,根特大学分子模型中心(CMM)的同事通过钙钛矿的黑色和黄色相的理论模拟来支持这一发现。计算结果对于合理化为什么将黑相作为薄膜固定在玻璃基板上时为什么稳定黑相是必要的。

尽管有假设,但如何精确地进行结合仍是一个谜。“通常情况下,我们会使用原子分辨率的显微镜直接看一下。但是,钙钛矿是不可能的,因为钙钛矿很难用这样的高分辨率成像仪器观察到,因为它们非常柔软并且容易在水下破碎。普通探头的能量相对较高。”

斯蒂尔说:“了解这种机制的工作原理将有助于进一步研究,最终开发出使用纯钙钛矿晶体的太阳能电池板。” “由于处理钙钛矿基太阳能电池的入门水平相对较低,因此它们对于在基础设施有限的发展中国家的人们来说可能是非常有益的。” 此外,钙钛矿可用于LED,光电传感器,晶体管,X射线检测器等。

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