西北大学在钙钛矿太阳能电池方面的最新研究创下了25.1%的新效率记录，使用一种新颖的双分子方法来减少电子复合。这一发展标志着钙钛矿太阳能电池朝着使钙钛矿太阳能电池成为传统硅基电池更高效、更稳定的替代品迈出了重要一步。
研究人员通过利用分子组合来解决各种问题，从而提高了细胞效率。
西北大学的研究人员通过一项新开发再次提高了钙钛矿太阳能电池的标准，帮助这项新兴技术创下了新的效率记录。
最近发表在《科学》杂志上的研究结果描述了一种双分子解决方案，可以克服阳光转化为能量时的效率损失。通过首先加入一个分子来解决所谓的表面复合问题，其中电子在被缺陷捕获时会丢失 – 表面上缺少原子，第二个分子破坏层间界面的复合，该团队实现了国家可再生能源实验室（NREL）认证的25.1%的效率，而早期方法的效率仅为24.09%。
专注于界面重组
“钙钛矿太阳能技术正在快速发展，研发的重点正在从本体吸收器转移到界面，”西北大学教授Ted Sargent说。“这是进一步提高效率和稳定性的关键点，使我们更接近这条通往更高效太阳能收集的有前途的途径。”
Sargent 是 Paula M. Trienens 可持续发展与能源研究所（前身为 ISEN）的联合执行董事，也是材料化学和能源系统的多学科研究员，曾在温伯格艺术与科学学院化学系和麦考密克工程学院电气与计算机工程系任职。
传统的太阳能电池由高纯度硅片制成，这些硅片的生产是能源密集型的，只能吸收固定范围的太阳光谱。
钙钛矿材料的尺寸和成分可以调整以“调整”它们吸收的光的波长，使其成为一种有利且潜在的低成本、高效率的新兴串联技术。
从历史上看，钙钛矿太阳能电池由于相对不稳定性而一直受到提高效率的挑战的困扰。在过去的几年里，萨金特实验室和其他人的进步使钙钛矿太阳能电池的效率达到了与硅相同的范围内。
电子保留的进步
在目前的研究中，该团队没有试图帮助细胞吸收更多的阳光，而是专注于维持和保留产生的电子以提高效率的问题。当钙钛矿层接触电池的电子传输层时，电子从一个移动到另一个。但是电子可以向外移动并填充，或者与钙钛矿层上存在的空穴“重组”。
“界面上的重组很复杂，”第一作者Cheng Liu说，他是Sargent实验室的博士后学生，该实验室由Charles E.和Emma H. Morrison化学教授Mercouri Kanatzidis共同监督。“使用一种类型的分子来解决复杂的重组和保留电子是非常困难的，所以我们考虑了可以使用哪种分子组合来更全面地解决问题。
萨金特团队过去的研究发现，有一种分子PDAI2在解决界面重组方面做得很好。接下来，他们需要找到一种能够修复表面缺陷并防止电子与它们复合的分子。
双分子方法和未来工作
通过找到允许PDAI2与二级分子一起工作的机制，该团队缩小了对硫的了解，硫可以取代碳基团 – 通常不擅长阻止电子移动 – 以覆盖缺失的原子并抑制重组。
同一小组最近发表在《自然》杂志上的一篇论文为钙钛矿层下方的基板开发了一种涂层，以帮助电池在更高的温度下工作更长的时间。根据Liu的说法，这种解决方案可以与《科学》论文中的发现协同工作。
虽然该团队希望他们的发现能够鼓励更大的科学界继续推进这项工作，但他们也将致力于后续工作。
“我们必须使用更灵活的策略来解决复杂的接口问题，”Cheng说。“我们不能像以前那样只使用一种分子。我们用两个分子来解决两种重组问题，但我们确信在界面上还有更多种与缺陷相关的重组。我们需要尝试使用更多的分子聚集在一起，并确保所有分子协同工作而不会破坏彼此的功能。
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