对话:缺陷的影响

莫妮卡LiraCantu

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你最近的工作在理解钙钛矿太阳能电池的工作原理上迈出了一大步,特别是在稳定性方面。你能解释一下你的调查结果吗?

我们已经研究钙钛矿太阳能电池的稳定性超过15年。在这个领域有许多不同的策略;我们所做的是在卤化物钙钛矿吸收材料内进行有机添加剂的工程。

在这类研究中经常发生的情况是,人们只关注提高效率。他们假设,如果提高钙钛矿薄膜吸收器的质量,就会提高太阳能电池的效率和稳定性:这是一个连接到另一个。我们意识到我们可以将两者分开,这是令人兴奋的,因为现在我们可以分别优化太阳能电池的效率和稳定性。

我们获得的效率很好,约为21%,但添加剂并没有像我们预期的那样提高效率。然而,这种稳定性非同寻常。在连续辐照1000小时后,我们观察到几乎没有降解,相比之下,没有添加剂的细胞损失超过20%。接下来我们必须理解为什么会发生这种情况。

我们意识到我们没有玩深度缺陷钝化,我们没有影响电池的电压和效率。但是我们通过钝化浅缺陷来固定离子。浅层缺陷与离子迁移有关,离子迁移是导致太阳能电池不稳定的主要原因之一。

就这项技术的商业化而言,了解这一层面的材料缺陷有多重要?

这很重要。并不是很多人已经获得了非常稳定的同时也达到高效率的设备。甚至那些没有真正理解稳定性提高的原因的人。现在,我们可以分析这些浅缺陷,并开始修改它们。最终,我们将能够设计材料缺陷,使细胞更加稳定,但最重要的是,我们现在知道为什么会发生这种情况。我们所发现的只是这个谜题的一部分,但我认为这是一个很大的部分。我想现在我们会看到很多关于如何设计这些浅缺陷的工作。

在硅光伏方面,即使在今天,仍有大量工作要做,以了解缺陷和退化机制。这里是否可以与钙钛矿相比较?

硅钙钛矿和卤化物钙钛矿是非常不同的。在硅中,你关注的是深层缺陷。因为我们从硅光伏社区了解到,到目前为止,钙钛矿的很多研究都集中在这方面。硅是一种经典的半导体,而卤化物钙钛矿是软的离子/电子导体。你在硅中看不到这种离子和电子导电性的混合物。

这一方面是有利的,另一方面是不利的。我们要做的就是设计这些离子让它们待在一起不动。我们发现了添加剂和卤化物钙钛矿之间的氢键。这些键的强度决定了离子的位置。这是非常重要的,它使钙钛矿看起来更像一个经典的半导体。

稳定性仍然是钙钛矿太阳能电池最大的挑战吗?

稳定性是最重要的因素之一,但还有其他挑战——例如,卤化物钙钛矿使用铅,铅有毒。因此,我们看到很多人在研究无铅钙钛矿,用另一种金属——例如锡或铋——取代铅。

对此有不同的看法,有人说铅的使用量很小,这不是问题。但有理由担心,我们也在研究无铅材料。目前,无铅钙钛矿的效率较低,铅的效率已经达到25%以上,无铅钙钛矿的效率仍然在17%到18%之间,但我们正在努力。

这项工作是与欧洲各地相当多的科学家和研究机构合作的结果。这种合作对开发新技术有多重要?

我们做的每一个分析都告诉我们,我们的太阳能电池,不管有没有添加剂,都是完全一样的。所以很难理解稳定性的不同,它需要时间和努力去弄清楚这是由于这个浅缺陷钝化。我们演示浅缺陷钝化的部分是与瑞典和瑞士的团队合作完成的,我们在这个过程中包括了帮助我们理解不同部分的人——参与的人数越来越多。

如果你真的想对科学做出重大贡献,就必须通过合作。由于很难在一个实验室中获得所有这些表征设备和技能,这些工具非常昂贵,技术也非常有选择性,因此您必须非常仔细地选择需要与谁合作。

你认为接下来的步骤是什么?对于你的团队和更广泛的钙钛矿技术来说?

我们有一个由机器学习技术支持的PSCs户外测试项目。这些结果将非常重要,因为仍然没有那么多人在室外条件下进行测试。我们的目标是通过我们在现实生活中收集的所有数据来预测PSC的寿命。

我们应该能够证明很多事情——例如,人们观察到PSC可以在光线下降解,然后在黑暗中恢复。这也与离子迁移有关,因为我们已经观察到我们可以固定这些离子,也许这将不再发生。我们期望这项技术在未来几年内实现商业化。

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