钙钛矿的光伏应用潜能被证实 发展前景广阔

多伦多大学的工程师们率先研究了单晶钙钛矿材料的新应用，该材料可以让太阳能电池板和发光二极管更便宜更高效。新研究让人们对太阳能吸收材料有了新的理解，被称为钙钛矿的材料善于吸收可见光，但其作为完美的单晶体尚未被详细地研究。

利用新技术，研究者们制成了大块纯钙钛矿晶体，并研究了在光电转化过程中，电子在该材料中的运动方式。



安装在恒温器上的橙色纯钙钛矿晶体

多伦多大学的爱德华˙罗杰斯高级电子和计算机工程系教授TedSargent和阿卜杜拉国王科技大学教授OsmanBakr领导的研究小组，结合激光技术测定了钙钛矿材料的特性。通过记录材料中快速移动的电子，可以测定在无材料缺陷的条件下，电子的运动长度以及在材料中的运动速率。他们的工作发表在近期出版的Science杂志上。

“我们的工作证实了钙钛矿材料在收集太阳能方面的潜在能力，”Sargent小组博士后研究员RiccadrdoComin说。



一位艺术家绘制的有机三卤化铅钙钛矿晶体原子模型

在室温条件下，研究人员成功地制造出这些高质量的钙钛矿单晶体。该晶体能有效地将光转换成可很长距离移动的载流子，由于晶体具有极少的缺陷，载流子的运动长度超过10微米。这项研究表明如果提升材料纯度，有机三卤化铅钙钛矿材料光电池将获得进一步突破；也表明钙钛矿晶体在半导体和光电设备领域内，具有广泛的应用前景。

近年来，钙钛矿材料使用效率已超过20%，接近那些目前大范围使用的，已安装在西班牙沙漠和加利福尼亚房顶的商用硅太阳能电池板。

“从效率上来说，钙钛矿材料将要接近传统的商业化材料，”Sargent小组博士生申请者兼论文的第一作者ValerioAdinolfi说，“鉴于其制造的便捷性，它们具有可降低太阳能发电成本的潜力。”

该研究预示着绿色能源，和光学领域的创新。将钙钛矿晶体设计成太阳能平板玻璃：光照射到晶体表面后被吸收，激活材料中的电子。那些电子很轻易地穿过晶体到达一端的电学器件，形成电流。现在逆向思考：给太阳能平板充电，注入电子，会释放光能。这种更有效的电-光转换方式意味着钙钛矿晶体可以开辟出节能LED的新领域。

与此同时Sargent小组研究，名为胶体量子点的纳米工程太阳能吸收颗粒。“钙钛矿晶体是优秀的可见光吸收材料，而胶体量子点更善于吸收红外线”Sargent教授说道。“由于太阳光具有很宽的可见光和红外光谱，这些材料在吸收太阳能方面是高度互补的。”

“未来，我们会探索更多太阳能吸收材料，”Comin博士说，“结合钙钛矿晶体和胶体量子点技术来提升吸收效率，非常有发展前景。”