美国发现能显著提高钙钛矿太阳能电池效率的纳米图像

由具有钙钛矿物质晶体结构的化合物制造太阳能电池因价格低廉、易于制造，早在几年前就引起了科学家们的关注。而且更为吸引科学家注意的是钙钛矿太阳能电池将光子转变为电能的效率高于目前所知的任何材料，2009年科学家们首次开始探索该材料的光电能力时，它的效率是3%，到今天已经增长到了22%，这差不多已经赶上硅太阳能电池的效率。

自然能源杂志7月份的报道显示，劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们发现了能够大幅度提高钙钛矿太阳能电池效率的秘密，而这秘密就隐藏在这种晶体材料的纳米级峰值和谷值中。利用光导电原子力显微镜，科学家们绘制发现了与光电效率有关的太阳能电池放射层的两种属性。

绘图显示大约200纳米长的晶粒组成了凹凸不平的表面，而且每个晶粒都有像宝石一样的多角度晶面。出乎意料的是，科学家们发现单个晶粒的不同晶面在能量转换效率方面存在着巨大的差异。同一晶体不同晶面之间，光电响应有数量级差别，在开路电压中有0.6伏的差别。此外，具有较高光电响应的晶面有较高的开路电压，而光电响应较低晶面的开路电压也较低。这就表明，钙钛矿太阳能电池的光伏效率与晶面有关。这一发现开辟了新思路，可以通过探索新的方法来控制材料晶面的发展，由此大幅度提高效率。

实际上，这些晶面就像数十亿微小的太阳能电池组件，彼此之间平行相连。正如科学家们发现的那样，有些组件运作良好，而有的则比较糟糕。在这种情况下，电流流向差的组件时就降低了材料整体的性能。但是如果可以将材料加以优化，使得只有那些高效的晶面能够与电极相接，那么就可以消除那些表现不佳的晶面所造成的损失。这就意味着在宏观层面，该材料有可能达到其能源转换的理论峰值。

科学家们认为这些效率最高的晶面应该就是制造高效太阳能电池的关键所在。如果这种材料可以合成，只利用高效率的晶面，那么应该就可以大大提升钙钛矿型太阳能电池的效率，有可能接近31％。