2021-05-12
 
效率更高的太阳能电池可能将基于称为混合钙钛矿的一系列材料
2021年05月12日   阅读量:917

无铅,更高效的太阳能电池和其他光电设备可能基于称为混合钙钛矿的一系列材料。


科学家们确定了如何使用无铅制备方法来控制这些太阳能电池材料的不同性能和稳定性。


这些新的设计原理确定了超离子构造块,即与它们所取代的离子带有相同电荷的原子团簇中国玻璃网meesm.com。科学家可以量身定制这些构件,以提高稳定性和其他所需的特性。


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这些以仿真为指导的新设计原理可能会导致基于简单且环保的制造方法的下一代用于照明和数据存储的太阳能电池和光电器件。


混合钙钛矿的太阳能电池性能已从2009年的不足4%提升到如今的20%以上。但是,钙钛矿的稳定性仍然限制了性能。而且,杂化钙钛矿通常包含有毒的铅。


现在,由弗吉尼亚联邦大学领导的研究人员已使用多尺度方法并对40多种材料进行了全面研究,以确定可控制无铅杂化钙钛矿特性和稳定性的参数和机理。


科学家们进行了模拟以填补一系列无铅混合钙钛矿中的信息空白,而这些无铅混合钙钛矿中尚无实验数据。


计算方法包括密度泛函理论,从头算分子动力学模拟和动态晶格计算。


可以将材料描绘为由超离子组成的超晶体,包括超碱性离子和超卤素离子。改变超离子中的卤素(氯,溴或碘)和金属(锗或锡)会影响其离子半径和键合的离子性质。


科学家们确定了一些设计原理,这些原理将键合的离子性质与电子带隙以及其他与光伏相关的性质相关联。


该团队确定了两种增加离子性质的方法:使用较小的卤素来增加超离子之间的半径比,以及使用金属含量更高的金属(锡比锗)。


此外,他们确定了材料在暴露于湿气后如何降解,并提出了应对策略。这种新的原子级理解可能会导致开发更高效,更持久的太阳能电池。


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