光伏效率超25%！研究發現：無機鹵化物鈣鈦礦可作為高效太陽能電池候選材料

有機-無機混合鈣鈦礦顯示出超過25%的光伏效率。該領域的主流觀點是，材料中的有機（含碳和氫）分子對于實現這一令人印象深刻的性能至關重要，因為它們被認為可以抑制缺陷輔助的載流子重組。

加州大學圣塔芭芭拉分校材料系的新研究表明這一假設不僅不正確，而且無機材料有可能超過混合鈣鈦礦。

為了比較這些材料，科學家對重組機制進行了全面的模擬。當光照在太陽能電池材料上時，光產生的載流子產生電流；缺陷處的重組破壞了其中一些載流子，從而降低了效率。因此，缺陷是效率的“殺手”。

為了比較無機和混合鈣鈦礦，研究人員研究了兩種原型材料。兩種材料都含有鉛和碘原子，但在一種材料中，晶體結構是由無機元素銫完成的，而在另一種材料中，使用的是有機甲基銨分子。

運行模擬顯示，這兩種材料的共同缺陷引起了可比的（和相對無害的）重組水平。然而，混合鈣鈦礦中的有機分子可以分解；當氫原子損失發生時，產生的“空位”會強烈地降低效率。因此，該分子的存在對材料的整體效率來說是一種損害。

那么，為什么這一點在實驗中沒有被注意到呢？這主要是因為生長高質量的無機材料層比較困難。它們有采用其他晶體結構的傾向，而促進所需結構的形成需要更多的實驗。然而，最近的研究表明，實現首選結構是絕對可行的。盡管如此，這種困難還是解釋了為什么迄今為止無機鈣鈦礦沒有得到那么多的關注。

研究人員說：“我們希望我們這個發現可以讓人們更加關注無機鈣鈦礦。”

該研究論文題為"All-inorganic halide perovskites as candidates for efficient solar cells"，已發表在CellReports Physical Science期刊上。

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參考資料：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2666386421003192

標簽： 光伏 鹵化物 候選 太陽能電池