導(dǎo)讀：荷蘭科學(xué)家聲稱已開發(fā)出一種理論，解釋了鹵化物偏析的機(jī)理，鹵化物偏析是影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池熱穩(wěn)定性的主要因素。他們申明，該理論可為構(gòu)建更穩(wěn)定的鈣鈦礦光伏器件提供技術(shù)解決方案。

當(dāng)鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池受到日光照射時(shí)，鹵化物溴化物和碘化物會(huì)分離。圖片：埃因霍溫科技大學(xué)

埃因霍溫理工大學(xué)的科學(xué)家們提出了一個(gè)熱力學(xué)理論，在他們看來(lái)，這解釋了為什么鈣鈦礦太陽(yáng)能電池存在熱穩(wěn)定性問題，這是一個(gè)關(guān)鍵問題，為了使這種電池技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，更接近商業(yè)生產(chǎn)。

在發(fā)表在《自然通訊》雜志上的關(guān)于混合鹵化物鈣鈦礦中光誘導(dǎo)鹵化物分離的統(tǒng)一理論研究中，荷蘭研究小組解釋說(shuō)，用于光伏應(yīng)用的鈣鈦礦絕大多數(shù)是將甲基銨或甲酰胺等有機(jī)材料與金屬結(jié)合的鹵化物化合物，通常是鉛或錫，還有鹵化物，比如溴化物或碘化物。

他們的分析集中于溴化物和碘化物結(jié)合的五種鹵化物化合物。他們進(jìn)一步解釋說(shuō)，這種組合工作得特別好，因?yàn)樗试S“調(diào)整”帶隙，或在材料中產(chǎn)生電能所需的光子能量的最小量。他們還補(bǔ)充說(shuō)，當(dāng)鈣鈦礦光伏設(shè)備用于串聯(lián)太陽(yáng)能電池時(shí)，這種解決方案是理想的。

然而，在鹵化物化合物中，經(jīng)常會(huì)自發(fā)形成富含碘元素的區(qū)域，溴元素從這些區(qū)域排出，這種現(xiàn)象被稱為鹵化物分離。化合物隨后的分離傾向于在這些低帶隙區(qū)域捕獲產(chǎn)生電的光載流子，嚴(yán)重阻礙了電池的效率，學(xué)者強(qiáng)調(diào)，并指出激發(fā)的光載流子傾向于移動(dòng)到自由能量最低的區(qū)域。

對(duì)于所分析的五種化合物，研究人員能夠根據(jù)溫度、光照條件和溴化物濃度確定穩(wěn)定、亞穩(wěn)態(tài)和不穩(wěn)定區(qū)域。我們關(guān)于光誘導(dǎo)鹵化物分離的統(tǒng)一理論考察了光伏電池中鈣鈦礦的總自由能，無(wú)論是在黑暗中還是在電池暴露在陽(yáng)光下，研究員PeterBobbert說(shuō)。

學(xué)者們聲稱，這一理論可能為構(gòu)建更穩(wěn)定的鈣鈦礦光伏設(shè)備提供技術(shù)解決方案。例如，它可以幫助確定添加多少溴到化合物中而不使其不穩(wěn)定。Bobbert補(bǔ)充說(shuō)，通過(guò)不摻入過(guò)多的溴化物，可以避免分離，同時(shí)仍然可以獲得對(duì)串聯(lián)電池有效的相當(dāng)大的帶隙。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，用銫取代有機(jī)陽(yáng)離子也可能具有穩(wěn)定作用。他們研究了一種銫鉛化合物電池，據(jù)稱該電池在溴化物濃度達(dá)到42%時(shí)仍保持穩(wěn)定，最大禁帶寬度為1.94eV，這足以使該電池適用于串聯(lián)光伏設(shè)備。他們總結(jié)道，這個(gè)理論也可以很容易地應(yīng)用到其他通過(guò)合金化來(lái)調(diào)節(jié)帶隙的半導(dǎo)體上。