研究人员揭开了阻碍下一代太阳能电池发展的秘密

科学家们发现了一种新型柔性廉价太阳能电池性能不佳的意想不到的原因，使它们更接近市场。

太阳能电池是光伏太阳能电池板的组成部分。它们是由能将阳光转化为电能的吸光材料制成的。通常这种吸收光的材料是硅，它的制造过程需要大量能源。

在这项新的研究中，科学家们观察了由钙钛矿材料制成的太阳能电池。通过将化学物质混合到可印刷或可喷雾的油墨中，然后结晶形成吸光薄膜，这些材料的生产成本很低。

然而，钙钛矿薄膜含有带电缺陷，可能会损害其性能。这些缺陷的缓慢运动被认为是一种被称为迟滞的过程的原因，这种过程会导致光转化为电流的效率不规律。

光能以电子的形式从太阳能电池中释放出来以供利用。这是通过夹在吸光膜中间的“隐形眼镜”来实现的。此前，科学家们通过使用更多的“选择性”接触材料，确保电子单向流出太阳能电池，成功地消除了磁滞现象。

从理论上讲，改变这些接触材料应该不会对钙钛矿内部带电缺陷的移动产生任何影响，因此，为什么这似乎“修复”了磁滞问题仍然是个谜。

现在，伦敦帝国理工学院的研究人员和合作者开发了新的实验，以跟踪电子在短脉冲光下在太阳能电池中移动的方向。

他们发现，即使在接触材料非常有效的太阳能电池中，移动充电缺陷仍然存在，尽管这些电池没有表现出迟滞现象。只有当细胞同时受到缺陷和接触点选择性差的影响时，才会出现迟滞现象。研究结果发表在今天的《自然通讯》杂志上。

来自帝国理工学院物理系的皮尔斯·巴恩斯博士领导了这项研究，他说:“以前人们一直在争论是带电缺陷还是触点材料造成了磁滞。有点像阿加莎·克里斯蒂(Agatha Christie)的《东方快车谋杀案》(Murder on the Orient Express)，我们已经证明他们两人都“干过这件事”。

“这个领域已经取得了惊人的进步，通过减少接触问题，我们走在了正确的轨道上。然而，研究结果还表明，改善触点只是解决方案的一部分，我们仍然需要关注钙钛矿内部带电缺陷的移动。”

带电缺陷可能提供一个化学弱点，导致钙钛矿薄膜的最终降解。这引发了对太阳能电池长期稳定性的潜在担忧。

巴恩斯博士说:“我们设计的新技术将使社区能够评估带电缺陷移动的程度，以帮助未来的研究，提高稳定性，并将这项技术推向市场。”

既然迟滞的原因已经被发现，在钙钛矿太阳能电池商业化之前，还有一些挑战需要克服。目前钙钛矿的一个问题是，它们的化学结构中含有少量的铅。在更大范围内被认为安全之前，可能需要找到一种替代金属。

科学家们还必须用真人大小的太阳能电池板来重现他们的实验室结果。然而，关键的挑战将是找到一种方法来提高钙钛矿材料的长期稳定性。

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