几十年来，硅太阳能电池一直被用来将太阳能转化为电能。然而根据美国化学学会新闻周刊《化学与工程新闻》(C&EN)的一篇文章，钙钛矿替代材料最近的改进使硅和钙钛矿的串联装置更接近市场。钙钛矿太阳能电池含有一种材料薄膜，如甲铵碘化铅，这种薄膜既便宜又容易加工。但直到最近，钙钛矿细胞都非常不稳定，暴露在空气和湿气中迅速降解。自从2009年电池问世以来，在提高效率和寿命，以及在串联装置中与硅进行合作方面取得了很大进展。目前最好的独立钙钛矿太阳能电池效率(22.7%)与商用硅模块类似，并且在苛刻的测试条件下可以工作数小时。相比之下，2009年的效率为3.8%，寿命只有几分钟。
博科园-科学科普：研究人员通过修补材料的组成以及将封装在保护性涂层中实现了这些改进。将钙钛矿和硅结合在一起比单独使用任何一种都能提供更多的能量，目前为止实验室设备的效率高达26.4%。一些专家认为，这种效率将很快接近30%，这可能最早在2020年将串联太阳能电池推向市场。在钙钛矿太阳能电池中，电荷载体主要是在界面缺陷处发生重组而丢失。相比之下，钙钛矿层缺陷部位的重组并不限制目前太阳能电池的性能。波茨坦大学(University of Potsdam)和柏林Helmholtz-Zentrum Berlin (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB)的研究小组通过利用光致发光对1 cm2钙钛矿细胞进行极其精确的定量测量，得出了这个有趣结论。
通过在钙钛矿半导体和空穴和电子输运层(红蓝线)之间添加额外的层，波茨坦大学团队能够进一步提高钙钛矿电池的效率。图片：Uni Potsdam
研究成果有助于改善钙钛矿太阳能电池，现已发表在《自然能源》上即使是由完美的奇迹材料制成的太阳能电池也永远无法将100%的阳光转化为电能。这是因为理论上可达到的最大功率受到电子能带位置和不可避免的光子辐射(热力学或震荡-奎塞尔极限)的限制。例如，硅的最大功率转换效率约为33%。但即使这样的价值也永远不会真正达到。这是由于各种各样的缺陷造成了阳光释放的一些电荷载体损失。因此，为了接近最大值，有必要研究太阳能电池的各种缺陷，并确定哪些缺陷导致损失以及如何造成损失。
有机金属钙钛矿吸附层被认为是一种特别令人兴奋的新型太阳能电池材料——在短短10年内，它们的效率从3%提高到20%以上，这是一个惊人的成功故事。现在，一个由波茨坦大学的Dieter Neher教授和HZB的Thomas Unold博士领导的团队已经成功地发现了钙钛矿太阳能电池中决定性的损耗过程，而这些过程限制了效率。在钙钛矿层晶格的某些缺陷中，刚刚被阳光释放的载流子(即电子和“空穴”)可以重新组合，从而丢失。但这些缺陷是优先位于钙钛矿层内，还是位于钙钛矿层与输运层之间的界面，目前尚不清楚。
为了确定这一点，科学家们采用了高精度、时空分辨率高的光致发光技术。利用激光对平方厘米大小的钙钛矿层进行激发，并检测出材料在受到激发时发出光的时间和地点。实验室的这种测量方法非常精确，可以确定光子的确切数量。不仅如此，发射光子的能量也通过高光谱CCD摄像机精确记录和分析。通过这种方法能够计算出细胞每一点的损耗，从而确定最有害的缺陷位于钙钛矿吸收层和电荷传输层之间的界面，这是进一步改进钙钛矿太阳能电池的重要信息，例如通过具有积极作用的中间层或通过改进制造方法。在这些发现的帮助下，由德国波茨坦大学的Dieter Neher教授和Martin Stolterfoht博士领导的研究小组成功地减少了界面重组，从而将1cm2大小的钙钛矿太阳能电池效率提高到20%以上。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《自然-能源》｜研究/来自：亥姆霍兹德国研究中心协会，美国化学学会，DOI: 10.1038/s41560-018-0219-8
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