莱斯大学的工程师在设计由半导体钙钛矿制成的原子级薄太阳能电池方面取得了新的基准，提高了它们的效率，同时保持了它们抵御环境的能力。
莱斯大学乔治 R 布朗工程学院的 Aditya Mohite 实验室发现，阳光本身收缩了二维钙钛矿中原子层之间的空间，足以将材料的光伏效率提高多达 18%，这在一个经常取得进展的领域中是一个惊人的飞跃。以百分之几的分数来衡量。
“10 年来，钙钛矿的效率从大约 3% 飙升至 25% 以上，”Mohite 说。“其他半导体需要大约 60 年的时间才能实现。这就是我们如此兴奋的原因。”
钙钛矿是具有立方体晶格的化合物，是高效的光收集器。它们的潜力已为人所知多年，但它们存在一个难题：它们擅长将阳光转化为能量，但阳光和水分会使它们降解。
“太阳能电池技术预计可以使用 20 到 25 年，”化学和生物分子工程以及材料科学和纳米工程副教授 Mohite 说。“我们已经工作多年，并继续使用非常有效但不稳定的大块钙钛矿。相比之下，二维钙钛矿具有极大的稳定性，但效率不足以放在屋顶上。
“最大的问题是在不影响稳定性的情况下使它们高效，”他说。
普渡大学和西北大学、美国能源部国家实验室洛斯阿拉莫斯、阿贡和布鲁克海文以及位于法国雷恩的电子与数字技术研究所 (INSA) 的莱斯工程师及其合作者发现，在某些二维钙钛矿中，阳光有效地收缩原子之间的空间，提高它们携带电流的能力。
“我们发现，当你点燃材料时，你就像海绵一样挤压它，并将各层聚集在一起，以增强朝那个方向的电荷传输，”莫希特说。研究人员发现，在顶部的碘化物和底部的铅之间放置一层有机阳离子可以增强各层之间的相互作用。
“这项工作对研究激发态和准粒子具有重要意义，其中一层正电荷和负电荷位于另一层，它们可以相互交谈，”莫希特说。“这些被称为激子，它们可能具有独特的特性。
“这种效应使我们有机会了解和调整这些基本的光物质相互作用，而无需创建复杂的异质结构，如堆叠的二维过渡金属二硫属化物，”他说。
法国的同事通过计算机模型证实了实验。INSA 物理学教授 Jacky Even 说：“这项研究提供了一个独特的机会，可以将最先进的 ab initio 模拟技术、使用大规模国家同步加速器设施的材料研究以及运行中的太阳能电池的原位表征结合起来。” “该论文首次描述了渗流现象如何突然释放钙钛矿材料中的充电电流。”
