钙钛矿分子结构的缺陷——一种可能给太阳能电池行业带来革命性变革的材料

光与水和氧分子的混合物使金属卤化物钙钛矿半导体中的大量缺陷愈合。

研究人员已经证明，钙钛矿分子结构的缺陷——一种可能给太阳能电池行业带来革命性变革的材料——可以通过将其暴露在光线和适当的湿度下“治愈”。

研究团队证明，钙钛矿晶体结构的缺陷可以通过暴露在阳光下修复，但效果是暂时的。现在，来自剑桥、麻省理工、牛津、巴斯和代尔夫特的一个扩大的团队已经表明，这些缺陷可以永久治愈，这可能进一步加快开发廉价、高性能的钙钛基太阳能电池，其效率可与硅媲美。他们的研究结果发表在细胞出版社出版的《焦耳》杂志的第一版上。

目前市场上的大多数太阳能电池都是硅基的，但由于硅的生产成本高且能耗高，研究人员一直在寻找替代材料，用于太阳能电池和其他光伏电池。钙钛矿可能是这些替代品中最有前途的:它们价格低廉，易于生产，而且在短短几年的开发中，钙钛矿在将阳光转化为电能方面的效率几乎与硅一样高。

尽管钙钛矿具有潜力，但一些限制限制了它们的效率和一致性。钙钛矿晶体结构中的微小缺陷，即陷阱，会导致电子在能量被利用之前“卡住”。电子在太阳能电池材料中越容易移动，这种材料就越能有效地将光子(光的粒子)转化为电能。

在钙钛矿太阳能电池和led中，你往往会因为缺陷而失去很多效率。我们想知道这些缺陷的来源，这样我们就能消除它们，让钙钛矿变得更有效率。钙钛矿暴露于照明时,碘离子,原子的电子,这样他们携带电荷迁移,远离明亮的区域,在这个过程中,冲走的大多数缺陷区域。然而，这些效果虽然很有希望，但只是暂时的，因为当光线被移走时，离子会迁移回类似的位置。

在这项新研究中，研究小组制作了一种基于钙钛矿的设备，使用与可伸缩卷对卷工艺兼容的技术进行打印，但在设备完成之前，他们将其暴露在光线、氧气和湿度下。钙钛矿暴露在潮湿环境中往往会开始降解，但研究小组发现，当湿度水平在40%至50%之间，且暴露时间限制在30分钟内，钙钛矿不会发生降解。一旦曝光完成，剩下的图层就会被沉积下来完成设备。

当光线照射时，电子与氧结合，形成一种超氧化物，可以非常有效地与电子陷阱结合，防止这些陷阱阻碍电子。在水的伴随存在下，钙钛矿表面也转变成一个保护性的外壳。外壳涂层除去了表面的陷阱，但也锁定了超氧化物，这意味着钙钛矿的性能改进现在是长期的。

这是违反直觉的，但应用湿度和光使钙钛矿太阳能电池更发光，如果你想要高效的太阳能电池，这一特性是非常重要的。现在发光效率从1%提高到89%，我们认为我们可以把它一直提高到100%，这意味着不会有电压损失——但是仍然有很多工作要做。