通過控制材料表面，使鈣鈦礦太陽能電池效率逐漸逼近理論極限

材料牛注:太陽能電池一直是新能源行業中被寄予厚望的一支生力軍，其廣闊的應用前景引多少科研人員競折腰，但是其較低的能量轉換效率一直是道坎。不過，很快，鈣鈦礦顆粒可能要改變這個尷尬的局面了，太陽能電池效率有望達到全新的高度！

早在前十年，作為光伏電池中硅的可能替代物，晶體鈣鈦礦已經將光電轉換效率從3.8%提高到了22.1%并獲得人們的深刻關注。但是當鈣鈦礦太陽能電池的制作尺寸突破1cm²時，（硅）太陽能電池的效率已經提高到15.6%左右，時間上的遲緩使得其效率的提升仿佛被淡化了。盡管最近在Michael Gr?tzel的工作中，鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率被提升到了19.6%，但仍改變不了它淡出人們的視野的事實。

如今美國能源部門所屬的Lawrence Berkeley國家實驗室（(Berkeley Lab）也許已經發現鈣鈦礦的某些潛在因素可以促使能量轉換率大幅提高到31%。

根據Nature Energy中的一篇研究的描述，通過原子力顯微鏡，研究人員將注意力集中于這些晶體的納米結構上。在如此微觀尺度的觀察下，他們發現顆粒的每一個面的轉換效率都不同。該晶體的某些面的理論極限效率可以達到31%，并轉換效率較低的其他面所相聯結。

鈣鈦礦結構的每一個小平面都等效于獨立平行排列的太陽能電池，在這種排布下，通過其間的電流流通性能最差，使得整個電池的表觀性能都降低。

研究人員偶然想到一個主意：將晶體的每一個小平面的轉換效率提高到31%。

在一篇發布的報道中，Berkeley Lab 下Molecular Foundry 一位博士后研究人員Sibel Leblebici這樣說道:“如果通過合成使得那些擁有非常高轉換效率的面得以延展，那么我們在鈣鈦礦光伏電池中見證能量轉換效率的巨大提升(可能逼近31%)。”

研究人員在10nm分辨率下觀測鈣鈦礦太陽能電池的表面，并記錄了與轉換效率有關信息，如光電流產生情況和開路電壓。

這些信息盡可能詳盡的展示了開路電壓0.6V的變化以及光電流生成狀況的不同所導致的每個面的磁疇排列的多樣性。

真正令研究者感到驚喜的是，那些生產大光電流的平面開路電壓也較高，而那些只能產生小電流的平面低開路電壓則較低。這意味著鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率與表面性質密切相關。

其中一位研究員Francesca Toma在一篇報道中說道：”這項研究成果為通過控制材料表面來極大提高電池效率的探索開辟了新世界。”

雖然研究人員目前為止還沒有制出得到最優的鈣鈦礦，但他們已經通過開發電腦模型論證出這些小平面同樣影響到該材料作為LED時的發光情況。

原文鏈接：Secret Hidden in Grains of Perovskite Could Boost Solar Cell Efficiency

文獻鏈接：Facet-dependent photovoltaic efficiency variations in single grains of hybrid halide perovskite

本文由編輯部曾慶輝提供素材，梁家豪編譯，薛文嘉審核，點我加入材料人編輯部。