研究人員表明，鈣鈦礦分子結(jié)構(gòu)中的缺陷(一種可以徹底改變太陽能電池行業(yè)的材料)可以通過將其暴露在光和適量的濕度下而得到“修復(fù)”。

國際研究人員團(tuán)隊(duì)在2016年證明，鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)缺陷可以通過將其暴露在光下進(jìn)行修復(fù)，但這種影響是暫時(shí)的。

現(xiàn)在，來自劍橋大學(xué)，麻省理工學(xué)院，牛津大學(xué)，巴斯大學(xué)和代爾夫特大學(xué)的擴(kuò)展團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，這些缺陷可以得到永久修復(fù)，這可以進(jìn)一步加速開發(fā)廉價(jià)，高性能，基于鈣鈦礦的太陽能電池，與硅的效率相媲美。 。他們的結(jié)果發(fā)表在Cell Press出版的Joule雜志的首期版本中。

當(dāng)今市場上大多數(shù)太陽能電池都是基于硅的，但是由于它們昂貴且生產(chǎn)能耗大，因此研究人員一直在尋找太陽能電池和其他光伏電池的替代材料。鈣鈦礦也許是這些替代物中最有前途的：它們便宜且易于生產(chǎn)，并且在短短的幾年發(fā)展中，鈣鈦礦在將太陽光轉(zhuǎn)化為電能方面的效率幾乎與硅一樣。

盡管鈣鈦礦具有潛力，但某些局限性限制了它們的效率和一致性。鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中的微小缺陷(稱為陷阱)會(huì)導(dǎo)致電子在利用能量之前被“卡住”。電子越容易在太陽能電池材料中移動(dòng)，該材料將光子，光粒子轉(zhuǎn)換成電的效率就越高。

“在鈣鈦礦太陽能電池和LED中，由于缺陷，您往往會(huì)損失很多效率，”在麻省理工學(xué)院和劍橋大學(xué)共同擔(dān)任瑪麗居里學(xué)者的同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)該研究的Sam Stranks博士說。“我們想知道缺陷的根源，以便我們消除它們并提高鈣鈦礦的效率。”

在2016年的一篇論文中，Stranks和他的同事發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦暴露在光照下時(shí)，碘離子-原子中的電子被剝離，使它們帶有電荷-遷移出光照區(qū)域，并在此過程中掃走了大部分該區(qū)域的缺陷以及它們。但是，這些效果雖然很有希望，但只是暫時(shí)的，因?yàn)橐瞥鈺r(shí)離子遷移回了相似的位置。

在這項(xiàng)新研究中，研究小組制造了一種基于鈣鈦礦的設(shè)備，并使用與可伸縮的卷對(duì)卷工藝兼容的技術(shù)進(jìn)行印刷，但是在該設(shè)備完成生產(chǎn)之前，他們將其暴露在光線，氧氣和濕氣中。鈣鈦礦暴露于濕氣中通常會(huì)開始降解，但研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濕度水平在40%至50%之間且暴露時(shí)間限制為30分鐘時(shí)，不會(huì)發(fā)生降解。曝光完成后，剩下的層將沉積以完成設(shè)備。

當(dāng)施加光時(shí)，電子與氧結(jié)合，形成超氧化物，可以非常有效地與電子陷阱結(jié)合并防止這些陷阱阻礙電子。在伴隨水的存在下，鈣鈦礦表面也被轉(zhuǎn)化為保護(hù)殼。外殼涂層可以清除表面的陷阱，但也可以鎖定超氧化物，這意味著鈣鈦礦的性能改善現(xiàn)在可以長期使用。

“這是違反直覺的，但是施加濕度和光線會(huì)使鈣鈦礦型太陽能電池更具發(fā)光性，如果您想要高效的太陽能電池，這一特性非常重要，”現(xiàn)位于劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的Stranks說。“我們已經(jīng)看到發(fā)光效率從1%提高到89%，我們認(rèn)為我們可以將其提高到100%，這意味著我們可以沒有電壓損失-但是仍然有很多工作要做。”