通过控制材料表面，使钙钛矿太阳能电池效率逐渐逼近理论极限

材料牛注:太阳能电池一直是新能源行业中被寄予厚望的一支生力军，其广阔的应用前景引多少科研人员竞折腰，但是其较低的能量转换效率一直是道坎。不过，很快，钙钛矿颗粒可能要改变这个尴尬的局面了，太阳能电池效率有望达到全新的高度！

早在前十年，作为光伏电池中硅的可能替代物，晶体钙钛矿已经将光电转换效率从3.8%提高到了22.1%并获得人们的深刻关注。但是当钙钛矿太阳能电池的制作尺寸突破1cm²时，（硅）太阳能电池的效率已经提高到15.6%左右，时间上的迟缓使得其效率的提升仿佛被淡化了。尽管最近在Michael Grätzel的工作中，钙钛矿太阳能电池的转换效率被提升到了19.6%，但仍改变不了它淡出人们的视野的事实。

如今美国能源部门所属的Lawrence Berkeley国家实验室（(Berkeley Lab）也许已经发现钙钛矿的某些潜在因素可以促使能量转换率大幅提高到31%。

根据Nature Energy中的一篇研究的描述，通过原子力显微镜，研究人员将注意力集中于这些晶体的纳米结构上。在如此微观尺度的观察下，他们发现颗粒的每一个面的转换效率都不同。该晶体的某些面的理论极限效率可以达到31%，并转换效率较低的其他面所相联结。

钙钛矿结构的每一个小平面都等效于独立平行排列的太阳能电池，在这种排布下，通过其间的电流流通性能最差，使得整个电池的表观性能都降低。

研究人员偶然想到一个主意：将晶体的每一个小平面的转换效率提高到31%。

在一篇发布的报道中，Berkeley Lab 下Molecular Foundry 一位博士后研究人员Sibel Leblebici这样说道:“如果通过合成使得那些拥有非常高转换效率的面得以延展，那么我们在钙钛矿光伏电池中见证能量转换效率的巨大提升(可能逼近31%)。”

研究人员在10nm分辨率下观测钙钛矿太阳能电池的表面，并记录了与转换效率有关信息，如光电流产生情况和开路电压。

这些信息尽可能详尽的展示了开路电压0.6V的变化以及光电流生成状况的不同所导致的每个面的磁畴排列的多样性。

真正令研究者感到惊喜的是，那些生产大光电流的平面开路电压也较高，而那些只能产生小电流的平面低开路电压则较低。这意味着钙钛矿太阳能电池的光电转换效率与表面性质密切相关。

其中一位研究员Francesca Toma在一篇报道中说道：”这项研究成果为通过控制材料表面来极大提高电池效率的探索开辟了新世界。”

虽然研究人员目前为止还没有制出得到最优的钙钛矿，但他们已经通过开发电脑模型论证出这些小平面同样影响到该材料作为LED时的发光情况。

原文链接：Secret Hidden in Grains of Perovskite Could Boost Solar Cell Efficiency

文献链接：Facet-dependent photovoltaic efficiency variations in single grains of hybrid halide perovskite

本文由编辑部曾庆辉提供素材，梁家豪编译，薛文嘉审核，点我加入材料人编辑部。