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钙钛矿的新可能

2021/2/18 10:39:18      材料来源:compoundsemiconductor

加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员发现了一种新方法,可用于改进钙钛矿基太阳能电池和LED
 
UCLA材料科研工作者发现,钙钛矿具有以前未使用的分子成分,可以进一步调节其电学性能。
 
钙钛矿材料以俄罗斯矿物学家列夫·佩罗夫斯基(Lev Perovski)的名字命名,具有像陶瓷一样由无机分子组成的晶格结构,以及交错分部的有机分子结构。到目前为止,研究认为这些有机分子结构似乎仅起结构支撑作用,不能直接提升钙钛矿的电学性能。
 
在UCLA带领下,一项新研究表明,如果钙钛矿中有机分子设计合理,它们不仅可以保持晶格结构,而且还有助于提升材料的电子性能。这一发现为改善材料设计提供了新的可能性,这些新材料将更好地应用于太阳能电池和LED中,详细研究的研究报告最近发表在《科学》杂志上。
 
“这项发现就像找到了一条能玩新花样的老狗," UCLA萨穆里理工学院工程学教授Yang Yang说: “在材料科学中,我们一直致力于设计材料的原子结构以实现高效性能。我们的博士后和研究生并没有把已有成果当作理所当然,而是更深入地挖掘以寻找新的途径。”
 
为了制造性能更好的钙钛矿材料,研究人员引入了一种特殊设计的有机分子,即一种含芘的有机铵。带正电荷的铵分子与芘分子(碳四重环)连接。这种分子设计使钙钛矿的电学性能变得更加可调控。
 
“钙钛矿的独特之处在于它们具有高性能无机半导体的优势,以及聚合物的简便且低成本的可加工性。” UCLA材料科学与工程博士后研究员Rui Wang说:“这种新兴改性钙钛矿材料提供了以更高的效率改进设计概念的途径。”
 
为证明新设计的钙钛矿性能提升,该团队使用这些材料构建了光伏(PV)电池原型,然后在2,000小时连续光照下进行测试。新电池继续以85%的原始效率持续将光转换为能量。这与由相同材料制成,但没有添加改性有机分子的光伏电池形成鲜明对比,仅保留了其原始效率的60%。
 
参考文献:
 
'Reconfiguring the band-edge states of photovoltaic perovskites by conjugated organic cations' by Jingjing Xue et al; Science 05 Feb 2021: Vol. 371, Issue 6529
 
 
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