微观结构可以改善钙钛矿太阳能电池

基于钙钛矿化合物的太阳能电池可以很快使来自太阳光的发电更加高效，廉价。这些钙钛矿太阳能电池的实验室效率已经超过了众所周知的硅太阳能电池。来自美因茨马克斯普朗克聚合物研究所的斯特凡·韦伯(Stefan Weber)领导的国际团队发现，钙钛矿晶体中的微观结构可以引导太阳能电池中的电荷传输。这些电子通道的巧妙排列可以使钙钛矿太阳能电池变得更强大。

当太阳能电池将太阳光转换成电能时，电池内部材料的电子会吸收光能。传统上，这种吸光材料是硅，但钙钛矿可能被证明是更便宜的替代品。太阳光激发的电子通过电池顶部和底部的特殊触点收集。但是，如果电子在材料中保留的时间太长，它们可能会再次失去能量。为了使损失最小化，因此它们应尽快到达触点。

钙钛矿中的微观小结构(所谓的铁弹性双畴)在这方面可能会有所帮助：它们会影响电子移动的速度。位于美因兹的马克斯·普朗克聚合物研究所的斯特凡·韦伯领导的国际研究小组发现了这一现象。科学家研究的条纹状结构是在钙钛矿制造过程中通过材料中的机械应力自发形成的。通过结合两种显微镜方法，研究人员能够显示出，电子平行于条纹的运动比垂直于条纹的运动快得多。Stefan Weber比较说：“这些域充当了电子的微小高速公路。”

在发光二极管和辐射探测器中的可能应用

对于他们的实验，研究人员首先必须可视化条纹形状的区域。他们通过压电显微镜(PFM)成功做到了这一点。五年前，韦伯和他的同事首次使用这种方法在钙钛矿晶体中发现了这些畴。韦伯解释说：“那时，我们已经想知道结构是否会对钙钛矿太阳能电池的运行产生影响。” “我们的最新结果现在表明确实如此。”

当研究人员将他们的PFM图像与从另一种称为光致发光显微镜的方法获得的数据进行比较时，取得了突破。“我们的光致发光探测器就像一个速度陷阱，”韦伯小组的研究员，该研究的第一作者伊尔卡·赫尔姆斯(Ilka Hermes)解释说。“我们使用它来在微观水平上测量电子在不同方向上的速度。” 爱马仕发现，沿着条纹，电子的运动速度比垂直于条纹的速度快50%至60%。“如果我们能够使条纹直接指向电极，则钙钛矿太阳能电池的效率会更高，”爱马仕总结道。

有了新的结果，不仅可以改进太阳能电池。其他光电应用(例如发光二极管或辐射检测器)也可以从定向电荷传输中受益。Stefan Weber解释说：“总的来说，如果我们能够将电子指向正确的方向，那将是一个优势。” 研究人员的想法是：在生产过程中将钙钛矿晶体置于机械应力下。这种所谓的应变工程将实现电子高速公路的最佳定向。