科学家利用激光找到钙钛矿太阳能电池缺陷

科学家利用激光找到钙钛矿太阳能电池缺陷

最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究表明，一组研究人员在光物理实验中使用激光光谱学开辟了新的领域，这可能会带来更便宜、更快的能源，为下一代电子产品提供动力。

钙钛矿是下一代太阳能电池板的材料。研究人员使用了一种新的方法，包括溶液处理的钙钛矿。它可以改变很多常见设备，如太阳能电池、LED、智能手机的光电探测器，甚至计算机芯片。

溶液处理钙钛矿被认为是屋顶太阳能电池板的下一代材料。这项最新研究来自克莱姆森大学（CU）的研究人员，在凝聚态物理助理教授高建波（音译）的指导下，两名研究生和一名本科生参与了这项研究。

钙钛矿材料是为太阳能电池和LED等光学应用而设计的。与目前的硅基太阳能电池相比，钙钛矿材料更容易合成，可以通过溶液处理来完成。而硅则需要不同的方法，这些方法更加昂贵和耗时。

这项新研究旨在打造能够以更低的成本和更简单的生产方法，提供更高效电力服务的材料。该新方法是使用超快光电流光谱法，来识别被捕获载流子的物理性质。被捕获的载流子揭示了材料中的缺陷，这有助于确定其效率的极限。在这项研究中，这种方法的测量单位仅为皮秒(万亿分之一秒)。

用这种钙钛矿材料制造器件，再用激光照射它，激发材料中的电子。然后利用外部电场产生一个光电流。通过测量光电流，就可以告诉人们这种材料的特性。在该项研究中，研究人员在案例中，定义了被困状态，这是材料中的缺陷，会影响获得的电流。

在物理确定之后，科学继续寻找缺陷，并确定它们是如何导致材料产生低效率的。一旦减少缺陷，提高效率就能极大地改善太阳能电池或其他设备的功能。

传统材料通过溶液工艺锻造，如旋转涂层或喷墨印刷，增加了引入缺陷的可能性。但是新的低温工艺比超高温工艺更便宜，超高温工艺的目的是制造纯材料。

科学家们向这种新材料发射激光，以研究信号传播。激光方法帮助他们监测电流，使这项研究有别于其他不使用电场的研究。通过分析电流，科学家能够看到电子是如何移动的，以及它们是如何从缺陷中出来的。之所以能够做到这一点，是因为该技术涉及超快的时间尺度和电场下的原位设备。旦电子落入缺陷，那些使用其他技术进行实验的人就无法将其取出

研究人员解释说：“但我们可以把它分析出来，因为我们有电场。电子在电场下带有电荷，它们可以从一个地方移动到另一个地方。从而能够分析它们在材料内部从一个点到另一个点的传输。”

虽然这仅仅是溶液处理钙钛矿材料的概念验证，但它的实施将比基于硅的设备(如传统的太阳能电池)具有显著的优势。未来十年，世界各地的能源基础设施都将发生变化，但这项研究是一个最好的例子，说明我们的能源基础设施如何不断发展，变得更好。