新型钙钛矿材料：高效、稳定、环境友好

导读

近期，韩国科学技术院的科研团队提议将钙钛矿材料：Cs2Au2I6 作为潜在的活性材料，用于高效的无铅薄膜光伏设备。这种材料有望克服之前的钙钛矿材料在稳定性与毒性方面存在的问题。

背景

钙钛矿太阳能电池的光电转换效率最高可达22%，能与高性能的晶体硅太阳能电池相媲美，非常有望应用于下一代的高效钙钛矿电池。此外，钙钛矿电池能在低温条件下制造，将显著地降低成本。

然而，传统的有机无机混合物钙钛矿材料稳定性较低，最终会使得其性能产生退化，不适合连续使用。此外，它们含有铅，会对环境产生不利影响。

之前，笔者曾介绍过一些旨在提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和耐用性的研究案例，例如：

1）日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）为太阳能电池添加了一层聚合物，防止氧化钛层和钙钛矿层之间的直接接触，有效地保护了钙钛矿结构，延长了钙钛矿太阳能电池的寿命。

（图片来源：美国化学会）

2）美国斯坦福大学的研究团队受到昆虫复眼启发，将微型钙钛矿太阳能电池单元组织在一起形成一种蜂窝状结构，防止钙钛矿材料受到湿、热或者机械应力影响时性能出现退化，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性和耐用性。

（图片来源：Dauskardt Lab/斯坦福大学）

创新

今天，让我们关注一种聚焦于钙钛矿材料本身的研究方案。近期，韩国科学技术院（KAIST）的科研团队提议将钙钛矿材料：Cs2Au2I6，作为潜在的活性材料，用于高效的无铅薄膜光伏设备。这种材料有望克服之前的钙钛矿材料在稳定性与毒性方面存在的问题。

韩国科学技术院化学院教授 Hyungjun Kim 与电气工程学院教授 Min Seok Jang 领导的联合团队展开了这项研究，相关论文被选为3月22日的《先进材料（Advanced Materials）》杂志的封面文章。

（图片来源：KAIST）

（图片来源：《先进材料》杂志）

技术

团队分析之前发现的仅由无机物组成的钙钛矿材料：Cs2Au2I6，并研究了它对于薄膜光伏设备的适用性。理论研究表明，相比于传统钙钛矿材料，这种新型钙钛矿材料高效、稳定、环境友好。为了展开这种分析，团队开发了多尺度多物理模拟架构。同时，他们也展开了原子尺度的第一性原理量子计算，来研究所提议的材料的光学特性，同时展开设备级的电磁模拟来说明，这种材料在设备级别真正适合作为颇具前景的光伏物质。

（图片来源：KAIST）

从这一点开始，团队计划向两个方向拓展这项研究：通过实证研究将钙钛矿材料用于真实世界的太阳能电池；通过理论分析找到最理想且高度稳定的太阳能电池材料。

价值

团队表示：“钙钛矿材料非常高效，但是为了完全取代传统的太阳能电池，其稳定性和毒性问题必需首先被解决。”他们补充道，这项研究有望加速相关研究，从而实现高效且环境友好的钙钛矿材料。

关键字

钙钛矿、太阳能、电池

参考资料

【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=81821&upr_ntt_no=81821&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=060101

【2】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201707001