代理杏彩3沐鸣


 
钙钛矿薄膜容易破裂,但一项新的研究表明,少量的热量或压缩可以很容易地修复这些裂缝。
 
研究人员说,这预示着有可能在太阳能电池技术中使用廉价但易碎的钙钛矿材料来替代或补充昂贵的硅。
 
布朗大学工程学院教授、分子和纳米创新研究所所长尼廷•帕杜尔(Nitin Padture)表示:“钙钛矿太阳能电池的效率增长非常迅速,现在可以与实验室电池中的硅媲美。”
 
“每个人都在追求高效率,这很重要,代理杏3沐鸣但如果我们要把这种太阳能电池技术推向市场,我们还需要考虑长期耐用性和机械可靠性等问题。这就是这项研究的目的。”
 
斑纹表面左侧有裂纹,斑纹表面右侧无裂纹
 
一个破裂的钙钛矿薄膜(左)可以完全愈合(右)与一些压缩或一点点热。(来源:Padture实验室/棕色)
 
便宜的钙钛矿是要付出代价的
 
2009年,科学家首次将钙钛矿(一种广泛的晶体材料)用于太阳能电池。第一批钙钛矿太阳能电池的能量转换效率约为4%,但现在已经超过了25%——基本上与传统硅一样。
 
钙钛矿太阳能电池的优势在于,它们的制造成本仅为硅的一小部分,这可能会降低太阳能装置的成本。研究人员还可以将钙钛矿制成半透明、柔韧的薄膜,这可能会为能量产生窗户或帐篷或背包里的轻便、柔韧的太阳能电池扫清道路。
 
但是制造钙钛矿太阳能电池的低成本和易操作是有代价的。
 
“在材料科学中,容易制造的东西往往也容易破碎,”《材料学报》(Acta Materialia)上这篇论文的第一作者帕杜尔说。“钙钛矿确实如此,它们很脆。但在这里,我们发现它们也很容易修复——钙钛矿薄膜上的裂缝可以通过压缩或适当加热修复。”
 
全部修复
 
在这项研究中,第一作者Srinivas Yadavalli,一个在Padture实验室工作的博士生,在塑料基板上沉积了钙钛矿薄膜。然后他弯曲基板,在钙钛矿薄膜上施加拉伸(拉开)应力,同时使用扫描电子显微镜(SEM)检测裂纹。一旦薄膜破裂,代理杏3沐鸣研究人员就会将基底朝相反的方向弯曲,看看压缩应力是否可以修复这些裂缝。
 
果不其然,扫描电子显微镜成像显示裂纹消失了。为了确保裂缝完全愈合,而不仅仅是隐藏起来,研究人员使用了一种被称为x射线衍射的技术。测量一种材料的原子晶格的大小可以揭示一个曾经开裂的区域是否能够承受机械载荷——这是一个确定无疑的迹象,表明裂缝已经愈合。这些测试也显示了完全愈合的裂缝。
 
研究人员发现,高温对愈合裂缝同样有效。温度在100摄氏度左右——按照材料科学的标准,这是相当温和的温度——钙钛矿薄膜的裂缝完全愈合了。
 
本研究旨在更好地了解钙钛矿材料的基本性质。研究人员表示,他们需要做更多的工作来开发将这些信息应用于商业环境的方法,但了解到钙钛矿薄膜很容易愈合可能是有用的,因为这类太阳能电池正在走向商业化。
 
“这是个好消息,”帕杜尔说。“这表明,相当简单的治疗方法可能有助于维持这类太阳能电池的性能。”
 
海军研究办公室和国家科学基金会资助了这项工作。研究人员使用了先进光子源的资源,先进光子源是由阿贡国家实验室运作的能源部科学用户办公室设施。