波茨坦大學發現鈣鈦礦太陽能電池損耗過程，或提高電池效率

波茨坦大學的研究小組在鈣鈦礦半導體的空穴和電子傳輸層(紅藍線)之間增加了附加層，從而進一步提高了鈣鈦礦電池的效率。圖片來源：Uni Potsdam

在鈣鈦礦太陽能電池中，電荷載流子主要由於在界面缺陷部位發生的複合而損失。相反，在鈣鈦礦層內缺陷部位的再結合併不限制目前太陽能電池的性能。來自波茨坦大學和Helmholtz-Zentrum Berlin（HZB）的團隊通過使用光致發光對1 cm2鈣鈦礦電池進行極其精確的定量測量，得出了這個有趣的結論。他們的研究結果有助於改善鈣鈦礦太陽能電池，現已發表在《Nature Energy》雜誌上。

即使是由完美奇蹟材料製成的太陽能電池也永遠無法將100％的陽光轉換為電能。這是因為理論上可達到的最大功率受到電子能帶位置以及不可避免的光子輻射（熱力學或Shockley-Queisser極限）的限制。例如，硅的最大功率轉換效率約為33％。但即使是這個數值也永遠不會達到。這是由於各種缺陷導致太陽光釋放的一些電荷載流子的損失。因此，為了接近最大值，需要研究太陽能電池中的各種缺陷，並確定哪些缺陷會導致損耗以及如何導致損耗。

有機金屬鈣鈦礦吸收層被認為是太陽能電池特別令人興奮的新材料類—僅僅10年，它們的效率從3％增加到超過20％，這是一個令人興奮的消息。現在，由波茨坦大學的Dieter Neher教授和HZB的Thomas Unold博士領導的團隊成功地確定了限制效率的鈣鈦礦太陽能電池的決定性損耗過程。

在鈣鈦礦層的晶格中的某些缺陷處，剛剛被太陽能釋放的電荷載流子（即電子和「空穴」）可以再次重新結合併因此丟失。但是，直到現在還不清楚這些缺陷是否優先位於鈣鈦礦層內，或者是處於鈣鈦礦層和傳輸層之間的界面。

為了確定這一點，科學家們採用了高精度，空間和時間解析度的光致發光技術。他們激發平方厘米大小的鈣鈦礦層，並檢測材料在哪裡和何時發射光以響應激發。「我們實驗室的這種測量方法非常精確，我們可以確定已經發射的光子的確切數量，」Unold解釋道。不僅如此，我們還使用高光譜CCD相機進行精確記錄和分析發射光子的能量。

「通過這種方式，我們能夠計算電池每個點的損耗，從而確定最有害的缺陷位於鈣鈦礦吸收層和電荷傳輸層之間的界面，」Unold報道。這是用於進一步改善鈣鈦礦太陽能電池的重要信息，例如通過具有積極效果的中間層或通過改進的製造方法。

在這些研究結果的幫助下，由波茨坦大學的Dieter Neher教授和Martin Stolterfoht博士領導的小組成功地減少了電池內部的界面重組，從而將1cm2大小的鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到20％以上。

文章來自phys網站，原文題目為Insight into loss processes in perovskite solar cells enables efficiency improvements，由材料科技在線匯總整理。

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