由EPFL化學(xué)工程師領(lǐng)導(dǎo)的國際合作已經(jīng)克服了鈣鈦礦制造中的一個(gè)問題，這個(gè)問題降低了鈣鈦礦作為太陽能電池板的效率。該方法生產(chǎn)的鈣鈦礦太陽能電池板的效率為23.9%，運(yùn)行穩(wěn)定性超過1000小時(shí)。

鈣鈦礦是由金屬鹵化物和有機(jī)成分組成的混合化合物，在LED燈、激光和光探測器等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。然而，它們的主要貢獻(xiàn)是在太陽能電池領(lǐng)域，它們正準(zhǔn)備超越市場，取代硅電池。

在高效和穩(wěn)定的太陽能電池的主要候選人是碘化鉛鈣鈦礦，它表現(xiàn)出卓越的光收集能力。然而，它們的效率很大程度上取決于它們的制造，其中一個(gè)關(guān)鍵因素是去除它們的光收集表面的缺陷。

鈍化和鈣鈦礦效率

這通常是通過一種叫做“鈍化”的方法完成的，它在鈣鈦礦薄膜的表面涂上一層化學(xué)物質(zhì)(鹵化烷基銨)，使它們更耐腐蝕和穩(wěn)定。該工藝在原鈣鈦礦光吸收器的頂部添加了一個(gè)二維鈣鈦礦層，提高了器件的穩(wěn)定性。

問題是，鈍化實(shí)際上會產(chǎn)生反作用，形成所謂的“平面內(nèi)”鈣鈦礦層，它也不會“移動”電荷，尤其是在加熱的情況下。這是一個(gè)明顯的劣勢，擴(kuò)大規(guī)模和商業(yè)化潛在的太陽能電池板。

3D化學(xué)救援

在一項(xiàng)新的研究中，由EPFL基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院MohammadNazeeruddin領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們找到了一種解決這個(gè)問題的方法，即用一種用于制造鈣鈦礦的碘化物的不同異構(gòu)體來處理它們。在化學(xué)中，同分異構(gòu)體是具有相同分子式的化合物，但它們的原子在三維空間中排列不同。

科學(xué)家們研究了碘化物PDEAI2(苯二乙基銨)的不同異構(gòu)體形成二維鈣鈦礦所需的最低能量。這些同分異構(gòu)體是為研究人員所謂的“量身定制缺陷鈍化”而設(shè)計(jì)的，這意味著它們在鈣鈦礦上的鈍化效果已經(jīng)提前得到了很好的表征。

結(jié)果表明，該方法非常有效地避免了鈍化對鈣鈦礦效率的負(fù)面影響。具體來說，最有效的PDEAI2異構(gòu)體也是最“空間阻礙”的，這個(gè)術(shù)語指的是僅僅因?yàn)榛衔锏姆肿芋w積而減緩化學(xué)反應(yīng)。事實(shí)上，空間位阻常被用來防止或減少不必要的反應(yīng)。

用這種方法生產(chǎn)的鈣鈦礦太陽能電池的效率為23.9%，運(yùn)行穩(wěn)定性超過1000小時(shí)。該工作還實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的21.4%的鈣鈦礦模塊的活性面積為26平方厘米。