通過使用晶格應變來鎖定銣，研究人員減少了能量損失，並將鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到了理論極限的93.5%。
瑞士科學家發現了一種新方法，通過在材料中加入銣（rb）來提高鈣鈦礦太陽能電池的性能，從而顯著降低能量損失並提高效率。
在瑞士洛桑聯邦技術研究所（epfl）的lukas pfeifer博士和likai zheng博士的帶領下，該團隊通過施加晶格應變，成功地將銣離子鎖定在鈣鈦礦的晶體框架中。鈣鈦礦是一組以太陽能電池應用中的高效率和低製造成本而聞名的材料。
通過利用原子結構中的受控畸變，該開創性方法不僅穩定了寬頻隙（wbg）材料，而且通過減少非輻射複合（能量損失的主要原因）提高了效率。
仔細看看這項研究
由於地球每天接收的太陽能是全球總用電量的20萬倍，它成為減少對化石燃料依賴的關鍵解決方案。雖然提高太陽能電池板的效率仍然是一個挑戰，但鈣鈦礦太陽能電池（pscs）已經改變了這一領域，顯示出效率的快速提高和經濟實惠的生產潛力。
然而，psc的發展仍然受到能量損失和穩定性問題的阻礙，這主要是由於使用寬頻隙（wbg）材料優化它們所面臨的挑戰 —— 寬頻隙是吸收高能量光並提高整體效率的關鍵半導體。
寬頻隙材料以吸收高能光同時讓低能光通過而聞名，在能量捕獲方面提供了巨大的收益，但容易發生相分離，這是一種當材料的不同成分隨著時間的推移分離時發生的現象，導致性能下降。
雖然添加銣來幫助穩定半導體已被提出作為解決該問題的潛在方法，但該元素經常形成不必要的二次相，這限制了其加強鈣鈦礦結構的能力。
然而，科學家們在快速加熱和控制冷卻的過程中微調了材料的成分。這產生了晶格應變，阻止了銣形成不需要的二次相，並保持了它在晶體結構中的完整性。
進一步的評估
為了驗證他們的方法，研究人員使用x射線掃描來監測結構變化，使用固態核磁共振（nmr）來追蹤銣的整合，並使用計算機模擬來探索不同條件下的原子行為。總之，這些技術證明了晶格應變有助於穩定材料中的銣。
他們還發現，通過平衡元素之間的尺寸差異，添加氯離子對於穩定晶格至關重要，這導致了更均勻的離子分布，減少了缺陷，提高了整體材料的穩定性。
根據結果，新的晶格應變鈣鈦礦材料實現了1.30伏的開路電壓，令人印象深刻的是其理論最大值的93.5%，並且是寬頻隙鈣鈦礦中記錄的最低能量損失之一。
此外，光致發光量子產率（plqy）也有了很大的提高，這表明改進的結構更有效地將陽光轉化為電能，而浪費的能量很少。
研究人員認為，減少鈣鈦礦太陽能電池的能量損失可以為更高效、更經濟的太陽能電池板鋪平道路。這對於串聯太陽能電池來說尤其有希望，串聯太陽能電池將鈣鈦礦與硅配對以最大限度地提高能量輸出。
他們認為，這些發現的影響遠遠超出了太陽能電池板的範圍，led、感測器和其他光電設備等技術也可能受益。研究人員希望他們的工作將有助於加快這些技術的商業應用，使我們更接近一個由更清潔、更可持續的能源驅動的未來。
這項研究發表在《科學》雜誌上。
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