钙钛矿结合钾 太阳能电池效率再提升

【Technews科技新报】钙钛矿电池是下一代太阳能电池中最具竞争力者，而剑桥大学团队现在发现只要透过添加碘化钾，就能再提升钙钛矿太阳能电池的效率达 21.5%，将更多阳光转为电力。

研究人员这样描述：碘化钾“治愈”了钙钛矿太阳能电池僵化的离子行为，这缺陷已限制便宜的钙钛矿电池提升效率多年。

钙钛矿做为一种极有前途的离子半导体材料，从首次发现至今短短几年就在商业薄膜光伏技术中产生竞争力，由于成本低廉、可低温产制，对太阳能电池与照明设备商有莫大吸引力。

但还是有些条件妨碍了钙钛矿的效率，比如钙钛矿结晶结构中的微小缺陷常被称为“陷阱”，可能会导致电子在能量被利用前“卡住”，而电子在太阳能电池材料中移动越容易，光子被转化成电的效率越高；另一个问题是，离子于阳光照射时在电池中移动会导致能隙（band gap）发生变化，改变材料吸收的光。

剑桥大学研究人员 Sam Stranks 表示，到目前为止，科学家都还没有找到可使材料能隙保持稳定的方法，所以只能试图调整钙钛矿层的化学组成来固定离子运动，而这使钙钛矿摇身变成彩色 LED 材料而非太阳能电池。

在新实验里，研究人员于墨水中添加碘化钾，等墨水干掉就会留下化学组成改变的钙钛矿层薄膜。科学家发现，碘化钾于钙钛矿层顶部形成的“装饰层”可以“愈合”陷阱，让电子更自由移动并固定离子运动，使材料拥有稳定能隙，这代表串联的钙钛矿太阳能电池将变得更高效。

而钙钛矿与钾结合表现出良好稳定性，转换效率达 21.5%，与最好的钙钛矿太阳能电池相似，离硅太阳能电池的实际效率极限（29%）也不远。若是由 2 个具理想带隙的钙钛矿层制成串联电池，可能具有 45％ 的理论效率极限和 35％ 的实际极限──全高于当前硅电池的实际效率极限。

与其他光伏技术不同，由于钙钛矿非常随和，科学家无需添加额外有机层，只要透过不同材料与比例混合就能得出不同的光学特性与电性表现，任何一种新组成都可能让钙钛矿性能变得更好。新研究发布在《自然》期刊。

（首图来源：剑桥大学）

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