光线可以改善钙钛矿太阳能电池的性能

发表的EPFL科学家们展示了光如何影响太阳能电池中钙钛矿薄膜的形成,这是使用它们来获得成本效益和节能光伏的关键因素。

最近,钙钛矿是对太阳能技术非常感兴趣的材料,因为它们承诺将太阳能电池的成本降低到非常低的水平。 它们的效率在很大程度上取决于我们控制它们沉积到薄膜中的能力,但影响钙钛矿合成的因素尚不清楚。 现在EPFL科学家已经证明,在今天使用的两种最常见的方法中,光可以大大加速钙钛矿薄膜的形成并控制其晶体的形貌,从而影响产生的太阳能电池的效率.. 突破性研究发表于<自然>..

这项研究是由EPFL的MichaelGratzel实验室进行的。 Gratzel发明了第一个染料敏化太阳能电池(Gratzel电池),彻底改变了太阳能科学。

在本文中,博士学生AmitaUmmadisingu和她在Gratzel实验室的同事使用共聚焦激光扫描荧光显微镜和扫描电子显微镜来在层中沉积钙钛矿时直接光如何影响晶体的形成,就像通常用来建造太阳能电池一样。 目标是确保钙钛矿薄膜的均匀性,因为这与优越的光伏性能有关。

到目前为止,人们一直致力于通过优化钙钛矿太阳能电池的结构和制造工艺来提高其效率。 但对钙钛矿形成的基本方面,如反应的机理或控制因素知之甚少,这导致了批量到批量的性能不一致。

然而,了解光效应可以帮助钙钛矿光电池的重现性和放大到商业生产。 因此,EPFL科学家研究了光对今天用于钙钛矿薄膜沉积的两种最常见的方法的影响。

第一种方法被称为“顺序沉积”,它涉及将碘化铅沉积到二氧化钛支架上,然后将它们一起浸泡在甲基碘化铵溶液中,使最终的甲基碘化铅钙钛矿。 第二种方法是“抗溶剂法”。 在这里,钙钛矿前驱体溶液被均匀地涂覆在纺丝的平坦基座上,以形成薄层。 然后在上面滴上一种抗溶剂,最后,整个样品被加热形成钙钛矿。

在顺序沉积方法中使用这两种显微镜技术,科学家发现,当光存在时,它显著加速了钙钛矿的整体形成。 当光强增加到太阳水平时,效果会增强。

薄膜中的形态差异不是光加热的结果;相反,它们是量子效应的产物:碘化铅薄膜作为钙钛矿形成的第一步结晶,并形成表面陷阱。 这些陷阱捕捉光生空穴,这降低了表面张力。 因此,更多的碘化铅晶体生长在薄膜中,最终产生更多的钙钛矿晶体。

另一方面,研究人员发现,抗溶剂方法实际上更多地受益于光的缺乏,它在黑暗中给出了最好的结果。

研究表明,控制制造过程中的光可以帮助从钙钛矿太阳能电池中获得最佳的性能。 Michael Gratzel说:“令人惊讶和引人注目的是,我们发现在以前没有观察到光效应的常规方法中,光对钙钛矿的形成速度和形貌有很强的影响。”

“光是主要沉积方法和许多钙钛矿成分的主要因素,”阿米塔·乌马迪辛古补充说。 “因此,在制造最先进的钙钛矿器件时,对光效应的认识和控制是至关重要的,在制备用于光电应用(如太阳能电池、LED等)的钙钛矿薄膜时,应始终加以考虑。”

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