研究人员发现他们可以阻止有前途的太阳能电池材料的降解

佐治亚理工学院的材料工程师揭开了一种有前途的太阳能电池新材料降解的机制，并且他们已经能够使用一层排斥水的薄层分子来阻止这种降解。

他们的发现是解决金属卤化物钙钛矿的一个关键限制的第一步，金属卤化物钙钛矿在捕获光并将其转化为电能方面已经与最好的硅基太阳能电池一样有效。他们在《美国化学会杂志》上报告了他们的工作。

“钙钛矿不仅有潜力改变我们生产太阳能的方式，还可以改变我们为LED或光电晶体管等其他类型应用制造半导体的方式。我们可以考虑将它们应用于量子信息技术，例如用于量子通信的光发射”，材料科学与工程学院助理教授、该研究的资深作者胡安-巴勃罗·科雷亚-巴埃纳(Juan-PabloCorrea-Baena)说。“这些材料具有令人印象深刻的特性，非常有前途。”

钙钛矿的开发进展迅速，特别是在工程师和化学家十年前认识到钙钛矿生产更高效太阳能电池的潜力之后。金属卤化物钙钛矿的问题在于，当它们与水和氧气相互作用时，它们不稳定，会转变为不能很好地产生太阳能的不同结构。

佐治亚理工学院的团队利用X射线散射和光谱学研究钙钛矿与环境之间的化学相互作用，揭示了其中的原因。研究人员发现水和氧与钙钛矿之间复杂的相互作用会导致不稳定。拿走其中之一，保留了钙钛矿的能量捕获晶体结构。

“在这篇论文发表之前，人们认为如果你只将它们暴露在水中，这些材料就会降解。如果你只将它们暴露在氧气中，这些材料就会降解。我们已经将其中一种与另一种分开，”科雷亚-巴埃纳(Correa-Baena)说，他也是戈伊苏埃塔人早期职业教席主席。“如果你阻止其中一种与钙钛矿相互作用，你就基本上可以防止降解。”

Correa-Baena的团队包括布鲁克海文和阿贡国家实验室以及意大利和德国的合作者，他们通过在钙钛矿薄膜上添加一层名为苯乙基碘化铵(PEAI)的材料薄涂层来测试他们的发现。PEAI分子排斥水，研究人员发现这足以稳定钙钛矿的结构，从而稳定其功率转换效率。

然而，PEAI也有缺点。“这些分子非常擅长防止水与钙钛矿相互作用，但它们的热稳定性也很差，”科雷亚-巴埃纳说。

一旦阳光照射到钙钛矿电池并使其升温，PEAI分子就会开始移动，效率就会下降。所以现在团队正在研究热稳定性问题。

为此，Correa-Baena正在向佐治亚理工学院的化学家和材料科学家AntonioFacchetti寻求帮助，以开发新的分子，可以防止水相互作用并在高温下保持稳定。

科雷亚-巴埃纳表示，Tech正在撰写该故事，以帮助乔治亚州成为新兴太阳能技术的领导者，这将是故事的下一章。

“业界已经对此非常感兴趣，美国各地的公司纷纷涌现，并试图将其商业化。我们在佐治亚理工学院创造的所有技术最终都将能够转化为产业，”他说。“我们希望创建一个生态系统，让佐治亚州在太阳能制造活动中变得更加强大，并希望其中包括钙钛矿。”