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科学
科学家们对提高一类晶体材料的稳定性感兴趣，如果这种材料更稳定，则可能成为廉价太阳能电池的基础。这些材料称为混合卤化物钙钛矿，结合了有机和无机材料。这些晶体由一种称为卤化物的化合物制成，该化合物结合了溴化物（溴的化合物）和碘化物（碘的化合物）。然而，所得材料不稳定，因为材料形成时快速且不均匀的结晶会产生结构缺陷。这些缺陷使得溴化物和碘化物能够在晶体内移动。它们以不同的速率移动并以降低整体材料性能的方式分离。现在，研究人员开发出了一种制造钙钛矿的新方法。所得混合卤化物-钙钛矿薄膜缺陷较少，稳定性提高。
影响
制造混合卤化物-钙钛矿的新方法可以提高太阳能电池的稳定性和性能。新方法可以更好地控制钙钛矿结晶速率。这意味着晶体结构更加有序，部分原因是研究人员了解并利用了溴化物相对于碘化物更快的结晶速度。其结果是材料的缺陷更少，卤化物迁移也更少，因此溴化物和碘化物的偏析也更少。这又意味着溴化物和碘化物在材料中均匀混合，从而使材料均匀地吸收光。最终结果是，使用新方法制造的太阳能电池在现实条件下将表现更好。
概括
典型的卤化物钙钛矿溶液沉积使用反溶剂滴注程序来引发卤化物薄膜的结晶。由于溴化物相对于碘化物-钙钛矿相的快速结晶，用于生产溴化物-碘化物混合卤化物钙钛矿薄膜的标准反溶剂方法通常会导致过度缺陷形成（例如溴化物空位）。模拟表明，在存在大量卤化物空位的情况下，卤化物迁移得到增强。这限制了溴化物-碘化物混合卤化物钙钛矿在光和热下的稳定性。
与反溶剂方法相比，更温和的气体淬火方法可以更好地控制结晶，首先产生富含溴化物的表面层，然后诱导自上而下的柱状生长，形成主体中溴化物少于表面的梯度结构地区。反溶剂法不会产生这样的梯度结构。在这项研究中，来自国家可再生能源实验室、托莱多大学和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员证明，气淬方法还产生更少的溴化物空位，并导致材料具有更高质量的光电性能。使用气体淬火方法制造的太阳能电池保留了所需的光吸收特性，并以更高的载流子迁移率、更高的开路电压和增强的稳定性的形式提供增强的性能。
资金
这项研究由能源部 (DOE) 科学办公室、基础能源科学办公室、能源前沿研究中心 (EFRC) 项目资助。作者感谢能源混合有机无机半导体中心 (CHOISE) 的支持，该中心是一个能源前沿研究中心，由美国能源部科学办公室和基础能源科学办公室资助。太阳能电池的制造和测试工作得到了国家光伏中心先进钙钛矿电池和模块项目的支持，该项目由美国能源部能源效率和可再生能源办公室太阳能技术办公室资助。第一原理计算是使用美国能源部能源效率和可再生能源办公室赞助的、位于国家可再生能源实验室的计算资源进行的。
刊物
Jiang, Q., et.al, 高稳定宽带隙钙钛矿太阳能电池的组合织构工程，Science, 378, 1295, (2022) [DOI: 10.1126/science.adf0194]
相关链接
美国能源部混合有机无机能源半导体中心
接触
朱凯
国家可再生能源实验室
Kai.zhu@nrel.gov
由 Energy.gov 提供
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来源：清洁技术
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