太阳能电池的设计者知道，他们的作品必须应对各种温度和各种天气条件，这些条件可能会影响其效率和使用寿命。佛罗里达州立大学化学与生物化学系助理教授LeaNienhaus和前FSU博士后研究员SarahWieghold正在帮助了解钙钛矿材料的基本过程，这种工作可以产生效率更高的太阳能电池，并且还能更好地抵抗降解。他们发现，对材料的化学组成进行细微调整以及所暴露的电场强度会极大地影响整体材料的稳定性。
他们的最新研究成果发表在《材料化学杂志》C和《应用物理杂志》上。
他们的研究集中在提高钙钛矿的潜力上，钙钛矿是一种具有晶体结构的材料，该晶体结构基于被称为阳离子的带正电的铅离子和带负电的卤化物阴离子。在立方钙钛矿晶体结构中，铅和卤离子形成的八面体被其他带正电的阳离子包围。
2006年开发的首批钙钛矿太阳能电池的太阳能转换效率约为3%，而2020年开发的电池的转换效率则超过25%。效率的迅速提高使它们成为有待进一步研究的有前途的材料，但它们具有商业可行性的缺点，例如会迅速降解。
“如何在实际使用条件下使钙钛矿变得更加稳定?”Nienhaus说。“造成降解的原因是什么?这就是我们要了解的。不能迅速降解的钙钛矿可能是从太阳能电池获取更多能量的有价值的工具。”
钙钛矿是所谓的“软材料”，尽管构成其结构的晶格具有离子键。材料中的卤化物或阳离子可以穿过该晶格移动，这可能会增加其降解速度，从而导致缺乏长期稳定性。
在《材料化学杂志》C论文中，研究人员研究了光和高温对混合阳离子混合卤化物钙钛矿性能的综合影响。
他们发现，在钙钛矿薄膜中添加少量元素铯会增加材料在光照和高温下的稳定性。另一方面，添加rub导致性能变差。
“我们发现，根据阳离子的选择，可以在这些材料中观察到两种降解途径，然后我们将其与性能下降相关联。”现为纳米级材料和高级研究中心的助理科学家Wieghold说。Argonne国家实验室的光子源。“我们还表明，在我们的测试条件下，铯的添加增加了薄膜的稳定性，这是非常有希望的结果。”
他们还发现，不稳定的钙钛矿混合物的薄膜性能下降与化合物溴化铅/碘化铅的形成以及电子-声子相互作用的增加有关。溴化铅/碘化铅的形成是由于有害的降解机制所致，需要避免这种降解机制以实现这些钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和性能。
在《应用物理杂志》上，他们探讨了电压与钙钛矿材料性能之间的联系。这表明材料中的离子运动会改变潜在的电响应，这将成为光伏性能的关键因素。
Nienhaus表示：“钙钛矿为太阳能电池的未来提供了巨大的机遇，帮助推动科学的发展令人兴奋。”
