研究人員以驚人的清晰度揭開高性能新型太陽能電池材料的神秘面紗

劍橋大學(xué)的研究人員首次使用了一套相關(guān)的多模態(tài)顯微鏡方法來可視化為什么鈣鈦礦材料似乎如此容忍其結(jié)構(gòu)中的缺陷。他們的發(fā)現(xiàn)今天發(fā)表在《自然納米技術(shù)》上。

生產(chǎn)太陽能電池板最常用的材料是晶體硅，但要實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換，需要能源密集型且耗時的生產(chǎn)過程來創(chuàng)建所需的高度有序的晶片結(jié)構(gòu)。

在過去十年中，鈣鈦礦材料已成為有前途的替代品。

用于制造它們的鉛鹽比晶體硅更豐富且生產(chǎn)成本更低，并且它們可以用液體墨水制備，只需印刷即可生成材料薄膜。它們還顯示出在其他光電應(yīng)用方面的巨大潛力，例如節(jié)能發(fā)光二極管 (LED) 和 X 射線探測器。

鈣鈦礦令人印象深刻的性能令人驚訝。優(yōu)秀半導(dǎo)體的典型模型是非常有序的結(jié)構(gòu)，但鈣鈦礦中組合的不同化學(xué)元素陣列創(chuàng)造了一個更加“混亂”的景觀。

這種異質(zhì)性會導(dǎo)致材料中的缺陷，從而導(dǎo)致納米級“陷阱”，從而降低設(shè)備的光伏性能。但是，盡管存在這些缺陷，鈣鈦礦材料仍然顯示出與其硅替代品相當(dāng)?shù)男仕健?/p>

事實上，該小組早期的研究表明，無序結(jié)構(gòu)實際上可以提高鈣鈦礦光電的性能，他們的最新工作試圖解釋原因。

該小組結(jié)合了一系列新的顯微鏡技術(shù)，展示了這些材料的納米級化學(xué)、結(jié)構(gòu)和光電景觀的完整圖片，揭示了這些競爭因素之間復(fù)雜的相互作用，并最終展示了哪些是最重要的。

“我們看到的是，我們有兩種形式的無序同時發(fā)生，”博士生 Kyle Frohna 解釋說，“與降低性能的缺陷相關(guān)的電子無序，然后是似乎改善性能的空間化學(xué)無序。

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