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加州大學(xué)圣芭拉拉分校（UC SB）工程學(xué)院材料系的研究人員，剛剛找到了導(dǎo)致新一代光伏面板效率受限的主要原因。此前普遍認為雜化鈣鈦礦的晶格中可能存在各種缺陷，而負責(zé)混合成分的有機分子將保持其完整性。不過最新的研究已經(jīng)表明，這些分子中缺少的氫原子，會導(dǎo)致能效的大量損失。


雜化鈣鈦礦具有出色的光伏性能，許多人都期待著它能夠推動太陽能技術(shù)的進一步發(fā)展。所謂的“雜化物”，特使將有機分子嵌入作為無機物的鈣鈦礦晶格，以維持類似于鈣鈦礦物的結(jié)構(gòu)。

這類材料的光伏轉(zhuǎn)換效率可與硅基方案相媲美，但生產(chǎn)成本要低得多。遺憾的是，目前已知的鈣鈦礦晶格缺陷，會導(dǎo)致光伏效率以發(fā)熱的形式而消散。

此前多年，大量研究人員都在深入了解這種缺陷。而 UCSB 材料系教授 Chris Van de Walle 帶領(lǐng)的一支研究團隊，剛剛?cè)〉昧艘豁椫匾陌l(fā)現(xiàn)。

項目首席研究員 Xie Zhang 表示：“甲基銨碘化鉛是一種典型的混合鈣鈦礦，但打破其中一個鍵、并去除甲基銨分子上的氫原子也非常容易”。

氫空位會變身成為電荷的吸收器，而這些電荷是由落在光伏面板上的光子產(chǎn)生、并在晶格中移動的。在此情況下，閑置電荷將無法繼續(xù)開展有效的工作（比如為電池充電、或為電機供電），從而降低了效率。

據(jù)悉，這項研究得到了 Van de Walle 團隊開發(fā)的先進計算技術(shù)的幫助，提供了有關(guān)材料中電子的量子力學(xué)行為的詳細信息。

參與研究的 Van de Walle 研究團隊的一名高級研究生 Mark Turiansky，幫助其建立一套復(fù)雜了方法，能夠?qū)⑦@些信息轉(zhuǎn)換為定量的電荷載流子俘獲率值。

Turiansky 表示：“我們團隊已經(jīng)打造了強有力的方法，來確定哪些過程會導(dǎo)致效率的降低，且很高興看到該方案為一種重要的財力提供了如此寶貴的見解”。


通過反復(fù)實驗，我們發(fā)現(xiàn)通過 Formamidinium 取代甲基銨分子，可以讓鈣鈦礦表現(xiàn)出更好的性能。展望未來，科學(xué)家們有望研制出更加性能更高、成本更合理、環(huán)境效益也更加出眾的新材料。

有關(guān)這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在 4 月 29 日出版的《自然材料》（Nature Materials）期刊上。原標(biāo)題為《Minimizing hydrogen vacancies to enable highly efficient hybrid perovskites》。 

原標(biāo)題：科學(xué)家找到光伏面板最大短板：雜化鈣鈦礦晶格中的缺陷