鈣鈦礦材料在化學(xué)處理之后性能提高，修復(fù)了黑暗區(qū)域
研究人員通過高能成像技術(shù)，識別出了鈣鈦礦材料中的缺陷，并且通過簡單的化學(xué)處理，消除了這些缺陷，從而提升了太陽能電池的性能。
鈣鈦礦材料是太陽能研究中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。相比于硅基半導(dǎo)體材料，這種材料的太陽能電池轉(zhuǎn)化效率更高、價格更便宜，因此它們能引領(lǐng)太陽能及電子工業(yè)大變革。
低廉的制造成本、廣泛的使用范圍(從太陽能材料到手機以及電腦顯示器的發(fā)光二極管（LED）都能使用)，使這種材料超高效率的晶體結(jié)構(gòu)在過去的幾年內(nèi)風(fēng)暴般席卷科學(xué)界。
近日，《科學(xué)》雜志刊發(fā)了一項由華盛頓大學(xué)和牛津大學(xué)的研究人員共同完成的研究，他們發(fā)現(xiàn)，業(yè)界一直認為成分均勻的鈣鈦礦材料，其實是含有缺陷的，通過處理這些缺陷，可以提升太陽能設(shè)備的性能。
“在過去四年中，鈣鈦礦材料是發(fā)展最快的光伏材料。”這篇文章的第一作者Dane deQuilettes博士說道，他目前是華盛頓大學(xué)的在職學(xué)生，導(dǎo)師是華盛頓大學(xué)化學(xué)系教授以及清潔能源中心的副主任David Ginger。
“在這樣短的時間內(nèi)，鈣鈦礦材料將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的能力接近今天的硅基太陽能電池，而這需要后者用50年的時間才能達到。”deQuilettes說道。“但是我們也懷疑是否還有提升的空間。”
用高能成像技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)了影響鈣鈦礦薄膜充電過程的缺陷，這些缺陷限制了太陽能電池設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率。據(jù)悉，鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率目前在20%左右，而硅基太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率約為25%。
該研究團隊與清潔能源研究所聯(lián)合，將生物學(xué)中廣泛使用的共焦光學(xué)顯微技術(shù)應(yīng)用在半導(dǎo)體技術(shù)中。研究人員將熒光照片與電子顯微照片結(jié)合，識別出了鈣鈦礦中晶體結(jié)構(gòu)邊界處的“黑暗”或性能不佳的區(qū)域。他們同時觀察到，通過一種簡單的化學(xué)處理可以將很多這種低效區(qū)域“激活”。
這種影像技術(shù)帶來驚喜的同時，也加速提高了材料的均勻性、穩(wěn)定性及效率。
“令人驚奇的是，結(jié)果顯示即使是被稱為目前最好或者最高效的鈣鈦礦薄膜，與它們預(yù)期性能相比也是‘糟糕’的。這給將來尋求改進材料的研究人員提供了一個明確的目標(biāo)。”Ginger說道。
