發(fā)表的EPFL科學(xué)家們展示了光如何影響太陽能電池中鈣鈦礦薄膜的形成,，這是使用它們來獲得成本效益和節(jié)能光伏的關(guān)鍵因素。

最近,，鈣鈦礦是對(duì)太陽能技術(shù)非常感興趣的材料,，因?yàn)樗鼈兂兄Z將太陽能電池的成本降低到非常低的水平。 它們的效率在很大程度上取決于我們控制它們沉積到薄膜中的能力,，但影響鈣鈦礦合成的因素尚不清楚,。 現(xiàn)在EPFL科學(xué)家已經(jīng)證明，在今天使用的兩種最常見的方法中,，光可以大大加速鈣鈦礦薄膜的形成并控制其晶體的形貌,，從而影響產(chǎn)生的太陽能電池的效率.. 突破性研究發(fā)表于<自然>..

這項(xiàng)研究是由EPFL的MichaelGratzel實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。 Gratzel發(fā)明了第一個(gè)染料敏化太陽能電池(Gratzel電池),，徹底改變了太陽能科學(xué),。

在本文中，博士學(xué)生AmitaUmmadisingu和她在Gratzel實(shí)驗(yàn)室的同事使用共聚焦激光掃描熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡來在層中沉積鈣鈦礦時(shí)直接光如何影響晶體的形成,，就像通常用來建造太陽能電池一樣,。 目標(biāo)是確保鈣鈦礦薄膜的均勻性，因?yàn)檫@與優(yōu)越的光伏性能有關(guān),。

到目前為止,，人們一直致力于通過優(yōu)化鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)和制造工藝來提高其效率。 但對(duì)鈣鈦礦形成的基本方面，如反應(yīng)的機(jī)理或控制因素知之甚少,，這導(dǎo)致了批量到批量的性能不一致,。

然而，了解光效應(yīng)可以幫助鈣鈦礦光電池的重現(xiàn)性和放大到商業(yè)生產(chǎn),。 因此,，EPFL科學(xué)家研究了光對(duì)今天用于鈣鈦礦薄膜沉積的兩種最常見的方法的影響。

第一種方法被稱為“順序沉積”,，它涉及將碘化鉛沉積到二氧化鈦支架上,，然后將它們一起浸泡在甲基碘化銨溶液中，使最終的甲基碘化鉛鈣鈦礦,。 第二種方法是“抗溶劑法”,。 在這里，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液被均勻地涂覆在紡絲的平坦基座上,，以形成薄層,。 然后在上面滴上一種抗溶劑，最后,，整個(gè)樣品被加熱形成鈣鈦礦,。

在順序沉積方法中使用這兩種顯微鏡技術(shù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，當(dāng)光存在時(shí),，它顯著加速了鈣鈦礦的整體形成。 當(dāng)光強(qiáng)增加到太陽水平時(shí),，效果會(huì)增強(qiáng),。

薄膜中的形態(tài)差異不是光加熱的結(jié)果,；相反,，它們是量子效應(yīng)的產(chǎn)物：碘化鉛薄膜作為鈣鈦礦形成的第一步結(jié)晶，并形成表面陷阱,。 這些陷阱捕捉光生空穴,，這降低了表面張力。 因此,，更多的碘化鉛晶體生長在薄膜中,，最終產(chǎn)生更多的鈣鈦礦晶體。

另一方面,，研究人員發(fā)現(xiàn),，抗溶劑方法實(shí)際上更多地受益于光的缺乏，它在黑暗中給出了最好的結(jié)果,。

研究表明,，控制制造過程中的光可以幫助從鈣鈦礦太陽能電池中獲得最佳的性能。 Michael Gratzel說：“令人驚訝和引人注目的是，我們發(fā)現(xiàn)在以前沒有觀察到光效應(yīng)的常規(guī)方法中,，光對(duì)鈣鈦礦的形成速度和形貌有很強(qiáng)的影響,。”

“光是主要沉積方法和許多鈣鈦礦成分的主要因素,，”阿米塔·烏馬迪辛古補(bǔ)充說,。 “因此，在制造最先進(jìn)的鈣鈦礦器件時(shí),，對(duì)光效應(yīng)的認(rèn)識(shí)和控制是至關(guān)重要的,，在制備用于光電應(yīng)用(如太陽能電池、LED等)的鈣鈦礦薄膜時(shí),，應(yīng)始終加以考慮,。”