<p>近年來(lái)，一種新型太陽(yáng)能技術(shù)似乎很有前途。鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在生產(chǎn)電能方面既有高性能又有低成本，這是未來(lái)任何成功的太陽(yáng)能技術(shù)的兩個(gè)必要成分。但新型太陽(yáng)能電池材料的穩(wěn)定性也應(yīng)與硅基太陽(yáng)能電池相匹配，硅基太陽(yáng)能細(xì)胞具有25年以上的可靠性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在最新發(fā)表的研究中，一個(gè)由Juan-Pablo Correa-Baena公司，助理教授材料科學(xué)與工程學(xué)院佐治亞理工大學(xué)的研究表明，鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性不如之前想象的那么穩(wěn)定。他們的工作揭示了電池界面層中發(fā)生的熱不穩(wěn)定性，也為鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能技術(shù)的可靠性和效率提供了一條途徑。他們的研究，作為該雜志的封面故事出版高級(jí)材料2022年12月，這項(xiàng)研究對(duì)從事光伏領(lǐng)域鈣鈦礦研究的學(xué)者和行業(yè)專業(yè)人士都有直接的影響。光伏是一個(gè)與陽(yáng)光產(chǎn)生的電流有關(guān)的領(lǐng)域。</p> <p>&nbsp;</p> <p>鹵化鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。目前，從這些電池中獲得高轉(zhuǎn)換效率的最常見(jiàn)策略是用稱為陽(yáng)離子的大正電離子處理電池表面。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些陽(yáng)離子太大，無(wú)法放入鈣鈦礦原子尺度晶格中，并且，一旦落在鈣鈦礦晶體上，就會(huì)改變材料在沉積界面的結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的原子尺度缺陷限制了太陽(yáng)能電池電流提取的效率。盡管人們意識(shí)到了這些結(jié)構(gòu)變化，但對(duì)沉積后陽(yáng)離子是否穩(wěn)定的研究有限，在理解可能影響鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期生存能力的過(guò)程方面存在差距。</p> <p>&nbsp;</p> <p>科雷亞&middot;貝納說(shuō)：&ldquo;我們擔(dān)心的是，在太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期運(yùn)行期間，接口的重建將繼續(xù)。&rdquo;。&ldquo;因此，我們?cè)噲D了解并證明這一過(guò)程是如何隨著時(shí)間推移而發(fā)生的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)使用典型的鈣鈦礦薄膜制作了一個(gè)太陽(yáng)能裝置樣品。該設(shè)備具有八個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能電池，使研究人員能夠根據(jù)每個(gè)電池的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并生成數(shù)據(jù)。他們研究了細(xì)胞在有和沒(méi)有陽(yáng)離子表面處理的情況下的表現(xiàn)，并使用基于同步電子的X射線表征技術(shù)研究了長(zhǎng)時(shí)間熱應(yīng)力前后每個(gè)細(xì)胞的陽(yáng)離子修飾界面。</p> <p>&nbsp;</p> <p>首先，研究人員將預(yù)處理的樣品置于100攝氏度下40分鐘，然后使用X射線光電子能譜儀測(cè)量其化學(xué)成分的變化。他們還使用了另一種X射線技術(shù)來(lái)精確研究薄膜表面形成何種晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)合這兩種工具的信息，研究人員可以直觀地看到陽(yáng)離子是如何擴(kuò)散到晶格中的，以及在受熱時(shí)界面結(jié)構(gòu)是如何變化的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>接下來(lái)，為了了解陽(yáng)離子引起的結(jié)構(gòu)變化如何影響太陽(yáng)能電池的性能，研究人員與卡洛斯&middot;席爾瓦（Carlos Silva）合作使用了激發(fā)相關(guān)光譜學(xué)，佐治亞理工大學(xué)物理和化學(xué)教授。該技術(shù)將太陽(yáng)能電池樣品暴露在非常快的光脈沖中，并在每次脈沖后檢測(cè)薄膜發(fā)出的光強(qiáng)度，以了解光的能量是如何損失的。通過(guò)測(cè)量，研究人員可以了解哪些表面缺陷對(duì)性能有害。</p> <p>&nbsp;</p> <p>最后，該團(tuán)隊(duì)將結(jié)構(gòu)和光電特性的變化與太陽(yáng)能電池效率的差異聯(lián)系起來(lái)。他們還研究了兩種最常用的陽(yáng)離子在高溫下引起的變化，并觀察了它們界面上的動(dòng)力學(xué)差異。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Correa-Baena實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家、該論文的第一作者卡洛&middot;佩里尼說(shuō)：&ldquo;我們的研究表明，用某些陽(yáng)離子處理會(huì)引起不穩(wěn)定性。&rdquo;。&ldquo;但好消息是，通過(guò)對(duì)接口層進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓こ淘O(shè)計(jì)，我們將在未來(lái)看到這項(xiàng)技術(shù)的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員了解到，經(jīng)過(guò)有機(jī)陽(yáng)離子處理的金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的表面在熱應(yīng)力下，在結(jié)構(gòu)和成分上不斷演變。他們發(fā)現(xiàn)，界面處原子尺度的變化會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率的顯著損失。此外，他們發(fā)現(xiàn)這些變化的速度取決于所用陽(yáng)離子的類型，這表明穩(wěn)定的界面可能在適當(dāng)?shù)姆肿庸こ谭秶鷥?nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>科雷亞&middot;貝納說(shuō)：&ldquo;我們希望這項(xiàng)工作將迫使研究人員在高溫下測(cè)試這些界面，并尋求解決不穩(wěn)定性問(wèn)題的方法。&rdquo;。&ldquo;這項(xiàng)工作應(yīng)該為科學(xué)家指明正確的方向，使他們能夠?qū)Ｗ⒂谝粋€(gè)領(lǐng)域，以建立更高效、更穩(wěn)定的太陽(yáng)能技術(shù)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>