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洞察钙钛矿太阳能电池的损耗过程可以提高效率

即使是由完美奇迹材料制成的太阳能电池也永远无法将100%的阳光转换为电能。这是因为理论上可达到的最大功率受到电子能带位置以及不可避免的光子辐射(热力学或Shockley-Queisser极限)的限制。例如,硅的最大功率转换效率约为33%。但即使是这个价值也永远不会达到。这是由于各种缺陷导致太阳光释放的一些电荷载流子的损失。因此,为了接近最大值,需要研究太阳能电池中的各种缺陷,并确定哪些缺陷会导致损耗以及如何导致损耗。

有机金属钙钛矿吸收层被认为是太阳能电池特别令人兴奋的新材料类 - 仅仅十年,它们的效率从3%增加到超过20%,这是一个惊人的成功故事。现在,由波茨坦大学的Dieter Neher教授和HZB的Thomas Unold博士领导的团队成功地确定了限制效率的钙钛矿太阳能电池的决定性损耗过程。

在钙钛矿层的晶格中的某些缺陷处,刚刚被太阳光释放的电荷载流子(即电子和“空穴”)可以再次重新组合并因此丢失。但是,直到现在还不清楚这些缺陷是否优先位于钙钛矿层内,或者代替钙钛矿层和传输层之间的界面。

为了确定这一点,科学家们采用了高精度,空间和时间分辨率的光致发光技术。使用激光,它们激发了方形厘米大小的钙钛矿层,并检测材料响应激发时在何时何地发光。“我们实验室的这种测量方法非常精确,我们可以确定已经发射的光子的确切数量,”Unold解释道。不仅如此,使用高光谱CCD相机精确记录和分析发射光子的能量。

“通过这种方式,我们能够计算出电池每个点的损耗,从而确定最有害的缺陷位于钙钛矿吸收层和电荷传输层之间的界面,”Unold报道。这是用于进一步改善钙钛矿太阳能电池的重要信息,例如通过具有积极效果的中间层或通过改进的制造方法。

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