研究人员发现限制太阳能电池性能的缺陷

加州大学圣巴巴拉分校工程学院材料系的研究人员发现了新一代太阳能电池效率受限的一个主要原因。

所谓混合钙钛矿晶格中的各种可能缺陷以前曾被认为是这种局限性的潜在原因，但人们认为有机分子（负责”混合”名称的成分）将保持不变。最新的计算显示，这些分子中缺少氢原子可能会导致巨大的效率损失。这项发现发表在4月29日的《自然材料》(Nature Materials)杂志上，题为”最小化氢空缺，以实现高效的混合钙钛矿”的论文中。

混合钙钛矿的显着光伏性能已经创造了巨大的兴奋，因为它们有潜力推进太阳能电池技术。 “混合”是指在无机钙钛矿格中嵌入有机分子，其晶体结构类似于钙钛矿（氧化钙）。这些材料的功率转换效率与硅相当，但生产成本要低得多。然而，众所周知，钙钛矿晶格中的缺陷会产生不必要的热量耗散，从而限制了效率。

一些研究小组一直在研究这些缺陷，其中包括UCSB材料教授克里斯 van de Walle小组，该小组最近取得了突破，在一个前所未有的地方发现了一个有害缺陷：关于有机分子的缺陷。

这项研究是由van de Walle集团开发的先进计算技术促成的。这种最先进的计算提供了关于材料中电子的量子-机械行为的详细信息。参与这项研究的van de Walle集团的高级研究生Mark Turiansky帮助建立了复杂的方法，将这些信息转化为电荷载流子捕获率的量化值。

这些计算就像一个理论显微镜，使我们能够观察到比实验得到的分辨率高得多的材料。它们也构成了合理材料设计的基础。通过试验和错误，人们发现，甲铵分子被甲酰胺取代的钙钛矿表现出更好的性能。我们现在能够将这种改进归因于甲酰胺化合物中的氢缺陷不易形成。

这项研究的经费由能源部科学办公室和基础能源科学办公室提供，计算是在国家能源研究科学计算中心进行的。