新鈣鈦礦助力太陽能電池和LED

材料牛注：鹵化鉛鈣鈦礦性能優異，能量轉化率高，是最有前景的太陽能電池用半導體之一。愛荷華州立大學副教授，同時也是美國能源部埃姆斯實驗室的科學家Javier Vela發現，混合鹵化物鈣鈦礦比單一鹵化物鈣鈦礦具有更多優點。為了研究混合鹵化物鈣鈦礦的化學組成與結構對其性能的影響，Javier Vela教授與他的同事們通過固態核磁共振技術對其進行了探索，得到了意想不到的發現，讓我們一睹為快。

美國能源部埃姆斯實驗室的科學家Javier Vela 用“前景無限”和“卓越非凡”兩個詞形容有機鉛鹵化物鈣鈦礦最近的研究成果。

鈣鈦礦是具有光學活性的半導體化合物，表現出優異的電學性能、發光性能和化學性能。過去幾年里，鹵化鉛鈣鈦礦由于其成本低、易加工、能量轉化效率高等優點，成為最有前景的太陽能電池半導體之一。目前，由這種材料制備的太陽能電池板的能量轉化效率超過了20%。

Vela致力于混合鹵化物鈣鈦礦的研究。鹵化物簡單易得，來源豐富，如碘化物、溴化物和氯化物。混合鹵化物鈣鈦礦比單一鹵化物鈣鈦礦具有更多優點。“混合鹵化物鈣鈦礦具有更好的熱穩定性和耐濕性，因此降解更加緩慢，” Vela說道，“他們可以經過很好的調整以吸收特定波長的陽光，這使得他們可以用于串聯太陽能電池和許多其他的應用，包括發光二極管。”通過使用這種化合物，科學家可以控制此類能量轉換裝置的顏色和效率。

Vela猜想，混合鹵化物鈣鈦礦的優異性能可能與它的內部結構有關。Vela是愛荷華州立大學（Iowa State University，簡稱ISU）化學系的副教授，與埃姆斯實驗室以及ISU的固態核磁共振技術(NMR)專家共事。NMR是一種分析化學技術，可以向科學家們提供混合樣品的物理、化學、結構以及電學方面的信息。

“我們的根本問題在于，這種材料的化學組成與結構是如何影響其行為的。” Vela說道。

科學家們發現，在材料的制備過程中，可能會引入大量的非化學計量雜質或“摻雜物”，這在很大程度上會影響材料的化學性能、耐濕性以及傳輸特性。

通過結合光的吸收光譜和粉末X射線衍射，以及第一次使用探測能力優異的固態核磁共振技術，科學家們找到了上面問題的答案。

Vela說道：“通過固態NRM技術，我們僅能看到這些摻雜物，以及其他半晶體雜質。”

科學家們另外也發現，在制備混合鹵化物鈣鈦礦的過程中，固態分析遠遠比液態分析重要得多。埃姆斯實驗室和ISU的先進光譜對研究不同合成過程如何影響材料的真正組分、形成、穩定性和光電特性發揮了至關重要的作用。

Vela說：“我們發現如果在溶劑中制備混合鹵化物鈣鈦礦，就可以得到沒有半晶體雜質的純的化合物。”

他們的發現具有多重意義，而現在他們只是剛開始掌握這些發現的內在含義。“顯然，我們對這些半導體的光電特性的理解是不完整的，” Vela說，“我們正在處理一個完全不像人們所想的那樣簡單的化合物。”

原文鏈接：New perovskite research discoveries may lead to solar cell and LED advances

文獻鏈接：Persistent Dopants and Phase Segregation in Organolead Mixed-Halide Perovskites

本文由編輯部楊超提供素材，黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。