MIT利用光修复钙钛矿薄膜缺陷 提升光电转化率

材料牛注：MIT研究者们独辟蹊径，首次实现光照处理钙钛矿薄膜从而修复材料缺陷，为提升钙钛矿薄膜在太阳能电池中的光电转化效率提供新思路。

钙钛矿类化合物因可制成具有优异光电性质的薄膜，近年来已成为一大研究热点。尽管这类材料在太阳能电池等领域具有极大的潜在应用，但仍有一些问题限制其效率和稳定性。

目前，一队来自MIT和其他机构的研究者们声称他们已在提升钙钛矿性能的研究中取得了显著的进展，他们所使用的方法就是利用强光来改性钙钛矿。

钙钛矿晶体结构中的微小缺陷会阻碍太阳能电池中的光电转化，Stranks说：“但是我们发现一些缺陷可以在光照下愈合”。这些微小缺陷（即陷阱）能够导致电子与原子的结合，使电子不能到达晶体中的光电转化区域，从而阻断光能向电能的转化。

研究人员发现，在强烈的光照下碘离子会迁移出光照区域，而碘离子途经区域中，大部分缺陷神奇地得到了修复。

Stranks说，“仅仅通过光照，而不使用电磁场，我们就观察到有助于薄膜缺陷愈合的离子迁移现象。这种效应显著地降低了缺陷的密度”。虽然这种改善效果之前就已被观察到，但是该工作却首次揭示了这种材料性能的提升是由光照引发的离子迁移引起的。

该工作的主要研究对象是一类被称为有机-无机金属卤化物钙钛矿的材料，这种材料被认为在太阳能电池、LEDs、激光和光探测器等应用方面很有前景。该材料具有优异的光致发光量子效率，而这正是提升太阳能电池性能的关键所在。可是在实际应用的过程中，此类材料不同批次的样品，甚至是同一块薄膜的不同位点在性能方面都有明显的差异与不确定性。该研究的目的就是要弄清楚造成这些差异的原因，以及如何减少或消除这些差异。

Strank解释说，“我们最终的目的是制备无缺陷的薄膜。”此外，和在光捕获领域一样，它带来的改善在光发射领域也十分有用。

之前用以降低钙钛矿薄膜材料缺陷的方法主要集中在电学或化学处理上，但是现在“我们发现用光也可以达到同样的效果，”Stranks说。该光处理技术一方面可以用来提升材料性能，另外一方面也可以用作探测手段去观察和深入理解该类材料的光学行为。这种光处理技术的另一个优点就是它不需要薄膜与其他物质有任何直接的接触，例如，薄膜无需额外的电接触或暴露在化学溶液中。相反，仅仅通过简单地调节光照就能实现材料缺陷的愈合。他们称之为“光诱导清洁”的这样一种处理过程，可能是开发基于钙钛矿材料的实用设备的一条“出路”，Stranks说。

Stranks提到光照愈合缺陷的效应随着时间的推移会趋于减弱，现在的挑战是使这种效应在足够长的时间之内保持稳定，进而使得该技术能够满足实用的要求。“某些类型的钙钛矿看起来明年就可以实现商业化，”他说，“而现在我们的研究提出了一些需要被解决的问题，同时也指出了解决的方法。”

没有参加该研究的斯坦福大学材料科学与工程教授Michael McGehee评论道：“这篇论文为我们提供了一种宝贵的研究思路：即消除碘空位有可能帮助我们提高太阳能电池的效率。我认为这个过程——仅通过光照射，驱动碘移动，消除碘空位，进而提升材料的光致发光效率——是非常迷人的。虽然该研究并没有使太阳能电池性能更好，但它却极大地帮助我们更好地理解这类复杂材料在太阳能电池中发挥的作用。”

论文地址：Photo-induced halide redistribution in organic–inorganic perovskite films

本文参考：Light can “heal” defects in some solar cells

本文由新锐何鑫翻译，张艺审核，感谢顾玥提供素材！！