揭露比太阳明亮一百亿倍的高效钙钛矿太阳能电池的各个方面

时间:2019-11-15 09:13 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

揭露比太阳明亮一百亿倍的高效钙钛矿太阳能电池的各个方面

 

  该图说明了有机甲基铵阳离子(CH3NH3 +)与周围的碘离子的相互作用。碘原子与铅共同表面的移动导致反转对称性的破坏。

  HZB团队使用英国钻石光源(DLS)同步加速器的晶体学分析,证明了杂化卤化物钙钛矿的结晶没有反转中心。有机分子与邻近的碘原子之间的相互作用会导致铁电畴的形成,从而间接导致更高的太阳能电池效率。这些铁电畴的形成不可能在纯无机钙钛矿中发生。

  仅在几年内,基于钙钛矿的太阳能电池就已经达到了极高的效率。含有杂化钙钛矿的杂化物,即含有无机和有机成分的材料,能达到特别高的效率,但缺乏长期稳定性。尽管无机钙钛矿半导体(例如CsPbI 3)效率较低,但它们也被认为很有趣,因为它们可以克服混合钙钛矿的稳定性问题。

  深入的晶体结构分析

  迄今为止,人们认为杂化钙钛矿和纯无机钙钛矿的晶体结构没有根本不同。在生产钙钛矿材料时,经常会发生没有形成大的单晶,而是形成无数微小的双晶的情况。这使得晶体结构分析特别复杂并且易于出错和低精度。

  由Susan Schorr教授和Joachim Breternitz博士领导的HZB团队现在在理解杂化卤化物钙钛矿的晶体结构方面取得了突破。该小组使用高分辨率单晶衍射技术在英国的钻石光源同步加速器(DLS)上研究了甲基铵碘化铅(MAPbI 3)的晶体样品,该材料是此类材料的最杰出代表。该方法为对该材料的晶体结构进行更深入的分析提供了数据。

  铁电畴

  他们还能够弄清楚在这种混合卤化物钙钛矿中铁电效应是否完全可能。铁电畴可以对太阳能电池产生有利影响并提高其效率。但是,很难测量样品中的这种效应-结果为零可能意味着没有铁电效应,或者铁电畴抵消了彼此的效应。

  MAPbI 3中没有反演中心

  “从晶体学的角度来看,铁电必须满足一些条件:铁电效应只有在晶体结构不包含反转中心的情况下才会发生,此外,如果晶体结构表现出永久的极矩,那么就会发生铁电效应,”布雷特尼茨解释说。

  以前,假设MAPbI 3的晶体结构确实包含一个反转中心。但是,晶体结构分析的结果表明情况并非如此:“有机甲基铵阳离子MA +在其中起主要作用”,布雷滕尼茨解释说。这是因为MA分子不是球形对称的,而且也比单个原子大得多,因此与相邻的碘原子产生极性矩。因此,可能在MAPbI 3中出现铁电畴。

  杂化钙钛矿和无机钙钛矿的根本区别

  对于掺入碱原子而不是MA分子的无机钙钛矿,此机理不适用。这意味着比起杂化卤化物亲戚,更稳定的无机钙钛矿的效率可能会受到更大的限制。

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