钜大LARGE | 点击量：316次 | 2023年07月14日
热力学模型可构建更稳定的钙钛矿太阳能电池！
导读：荷兰科学家声称已开发出一种理论，解释了卤化物偏析的机理，卤化物偏析是影响钙钛矿太阳能电池热稳定性的主要因素。他们申明，该理论可为构建更稳定的钙钛矿光伏器件提供技术解决方案。
当钙钛矿型太阳能电池受到日光照射时，卤化物溴化物和碘化物会分离。图片：埃因霍温科技大学
埃因霍温理工大学的科学家们提出了一个热力学理论，在他们看来，这解释了为什么钙钛矿太阳能电池存在热稳定性问题，这是一个关键问题，为了使这种电池技术走出实验室，更接近商业生产。
在发表在《自然通讯》杂志上的关于混合卤化物钙钛矿中光诱导卤化物分离的统一理论研究中，荷兰研究小组解释说，用于光伏应用的钙钛矿绝大多数是将甲基铵或甲酰胺等有机材料与金属结合的卤化物化合物，通常是铅或锡，还有卤化物，比如溴化物或碘化物。
他们的分析集中于溴化物和碘化物结合的五种卤化物化合物。他们进一步解释说，这种组合工作得特别好，因为它允许“调整”带隙，或在材料中产生电能所需的光子能量的最小量。他们还补充说，当钙钛矿光伏设备用于串联太阳能电池时，这种解决方案是理想的。
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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
然而，在卤化物化合物中，经常会自发形成富含碘元素的区域，溴元素从这些区域排出，这种现象被称为卤化物分离。化合物随后的分离倾向于在这些低带隙区域捕获产生电的光载流子，严重阻碍了电池的效率，学者强调，并指出激发的光载流子倾向于移动到自由能量最低的区域。
对于所分析的五种化合物，研究人员能够根据温度、光照条件和溴化物浓度确定稳定、亚稳态和不稳定区域。我们关于光诱导卤化物分离的统一理论考察了光伏电池中钙钛矿的总自由能，无论是在黑暗中还是在电池暴露在阳光下，研究员PeterBobbert说。
学者们声称，这一理论可能为构建更稳定的钙钛矿光伏设备提供技术解决方案。例如，它可以帮助确定添加多少溴到化合物中而不使其不稳定。Bobbert补充说，通过不掺入过多的溴化物，可以避免分离，同时仍然可以获得对串联电池有效的相当大的带隙。
科学家们还发现，用铯取代有机阳离子也可能具有稳定作用。他们研究了一种铯铅化合物电池，据称该电池在溴化物浓度达到42%时仍保持稳定，最大禁带宽度为1.94eV，这足以使该电池适用于串联光伏设备。他们总结道，这个理论也可以很容易地应用到其他通过合金化来调节带隙的半导体上。
