MIT利用光修復鈣鈦礦薄膜缺陷 提升光電轉化率

材料牛注：MIT研究者們獨辟蹊徑，首次實現光照處理鈣鈦礦薄膜從而修復材料缺陷，為提升鈣鈦礦薄膜在太陽能電池中的光電轉化效率提供新思路。

鈣鈦礦類化合物因可制成具有優異光電性質的薄膜，近年來已成為一大研究熱點。盡管這類材料在太陽能電池等領域具有極大的潛在應用，但仍有一些問題限制其效率和穩定性。

目前，一隊來自MIT和其他機構的研究者們聲稱他們已在提升鈣鈦礦性能的研究中取得了顯著的進展，他們所使用的方法就是利用強光來改性鈣鈦礦。

鈣鈦礦晶體結構中的微小缺陷會阻礙太陽能電池中的光電轉化，Stranks說：“但是我們發現一些缺陷可以在光照下愈合”。這些微小缺陷（即陷阱）能夠導致電子與原子的結合，使電子不能到達晶體中的光電轉化區域，從而阻斷光能向電能的轉化。

研究人員發現，在強烈的光照下碘離子會遷移出光照區域，而碘離子途經區域中，大部分缺陷神奇地得到了修復。

Stranks說，“僅僅通過光照，而不使用電磁場，我們就觀察到有助于薄膜缺陷愈合的離子遷移現象。這種效應顯著地降低了缺陷的密度”。雖然這種改善效果之前就已被觀察到，但是該工作卻首次揭示了這種材料性能的提升是由光照引發的離子遷移引起的。

該工作的主要研究對象是一類被稱為有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦的材料，這種材料被認為在太陽能電池、LEDs、激光和光探測器等應用方面很有前景。該材料具有優異的光致發光量子效率，而這正是提升太陽能電池性能的關鍵所在。可是在實際應用的過程中，此類材料不同批次的樣品，甚至是同一塊薄膜的不同位點在性能方面都有明顯的差異與不確定性。該研究的目的就是要弄清楚造成這些差異的原因，以及如何減少或消除這些差異。

Strank解釋說，“我們最終的目的是制備無缺陷的薄膜。”此外，和在光捕獲領域一樣，它帶來的改善在光發射領域也十分有用。

之前用以降低鈣鈦礦薄膜材料缺陷的方法主要集中在電學或化學處理上，但是現在“我們發現用光也可以達到同樣的效果，”Stranks說。該光處理技術一方面可以用來提升材料性能，另外一方面也可以用作探測手段去觀察和深入理解該類材料的光學行為。這種光處理技術的另一個優點就是它不需要薄膜與其他物質有任何直接的接觸，例如，薄膜無需額外的電接觸或暴露在化學溶液中。相反，僅僅通過簡單地調節光照就能實現材料缺陷的愈合。他們稱之為“光誘導清潔”的這樣一種處理過程，可能是開發基于鈣鈦礦材料的實用設備的一條“出路”，Stranks說。

Stranks提到光照愈合缺陷的效應隨著時間的推移會趨于減弱，現在的挑戰是使這種效應在足夠長的時間之內保持穩定，進而使得該技術能夠滿足實用的要求。“某些類型的鈣鈦礦看起來明年就可以實現商業化，”他說，“而現在我們的研究提出了一些需要被解決的問題，同時也指出了解決的方法。”

沒有參加該研究的斯坦福大學材料科學與工程教授Michael McGehee評論道：“這篇論文為我們提供了一種寶貴的研究思路：即消除碘空位有可能幫助我們提高太陽能電池的效率。我認為這個過程——僅通過光照射，驅動碘移動，消除碘空位，進而提升材料的光致發光效率——是非常迷人的。雖然該研究并沒有使太陽能電池性能更好，但它卻極大地幫助我們更好地理解這類復雜材料在太陽能電池中發揮的作用。”

論文地址：Photo-induced halide redistribution in organic–inorganic perovskite films

本文參考：Light can “heal” defects in some solar cells

本文由新銳何鑫翻譯，張藝審核，感謝顧玥提供素材！！