更持久、更高效的太阳能电池的电池特性
太阳能电池的设计者知道他们的产品必须应对各种温度和各种天气条件——这些条件会影响它们的效率和使用寿命。
佛罗里达州立大学化学和生物化学助理教授 Lea Nienhaus 和前 FSU 博士后研究员 Sarah Wieghold 正在帮助了解一种称为钙钛矿的材料的基本过程，这项工作可能会导致更高效的太阳能电池，同时也能更好地抵抗降解.他们发现，对材料化学成分的微小调整以及它所暴露的电场强度都会极大地影响整体材料的稳定性。
他们的最新研究成果发表在Journal of Materials Chemistry C和 Journal of Applied Physics 上的两项研究中。
他们的研究重点是提高钙钛矿的潜力，钙钛矿是一种具有基于带正电的铅离子(称为阳离子)和带负电的卤化物阴离子的晶体结构的材料。在立方钙钛矿晶体结构中，由铅离子和卤离子形成的八面体被额外的带正电的阳离子包围。
2006 年开发的第一批钙钛矿太阳能电池的太阳能功率转换效率约为 3%，但 2020 年开发的电池的功率转换效率超过 25%。效率的快速提高使它们成为进一步研究的有前途的材料，但它们在商业可行性方面存在缺陷，例如快速降解的趋势。
“我们如何才能使钙钛矿在实际使用条件下更加稳定?”尼恩豪斯说。“是什么导致了降解?这就是我们试图理解的。不能快速降解的钙钛矿可能是从太阳能电池中获取更多能量的宝贵工具。”
尽管构成其结构的晶格的离子键，钙钛矿是一种所谓的“软材料”。材料中的卤化物或阳离子可以穿过该晶格，这可能会增加它们的降解速度，导致缺乏长期稳定性。
在Journal of Materials Chemistry C论文中，研究人员研究了光和高温对混合阳离子混合卤化物钙钛矿性能的综合影响。
他们发现，在钙钛矿薄膜中加入少量铯元素可以提高材料在光照和高温下的稳定性。另一方面，添加铷会导致性能变差。
“我们发现，根据阳离子的选择，可以在这些材料中观察到两种降解途径，然后我们将其与性能下降相关联，”Wieghold 说，他现在是纳米材料和高级研究中心的助理科学家。阿贡国家实验室的光子源。“我们还表明，在我们的测试条件下，铯的添加增加了薄膜的稳定性，这是非常有希望的结果。”
他们还发现，稳定性较差的钙钛矿混合物的薄膜性能下降与溴化铅/碘化铅化合物的形成以及电子-声子相互作用的增加有关。溴化铅/碘化铅的形成是由于不需要的降解机制，需要避免这种机制以实现这些钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和性能。
在《应用物理杂志》的论文中，他们探讨了电压与钙钛矿材料性能之间的联系。这表明材料中的离子运动改变了潜在的电响应，这将是光伏性能的关键因素。
“钙钛矿为太阳能电池的未来提供了一个很好的机会，帮助推动这项科学向前发展是令人兴奋的，”Nienhaus 说。
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