奥地利物理学家解释了钙钛矿卓越的能源采集效率

尽管溶液加工的卤化铅钙钛矿充斥着杂质与缺陷，但其在将太阳能转化为电能方面的表现却堪称高效，令人惊叹不已。

在发表于《自然通讯》（Nature Communications）的新研究《挠曲电畴壁使立方钙钛矿中的电荷分离和传输成为可能》（Flexoelectric domain walls enable charge separation and transport in cubic perovskites）中，奥地利科学技术研究所（ISTA）的物理学家们提出了一个全面且深入的解释，成功揭示了长期以来困扰研究人员的钙钛矿高效率背后所潜藏的机制。

在过去的15年里，材料研究领域见证了基于卤化铅的钙钛矿作为极具潜力的下一代太阳能电池材料的崛起。这里存在着一个谜团：尽管钙钛矿太阳能电池与行业标准的硅电池性能相近，但前者采用的是成本低廉的溶液基技术制造，而后者则需要超纯的单晶晶圆。

ISTA的博士后德米特罗·拉克（Dmytro Rak）和助理教授扎尼别克·阿尔皮奇舍夫（Zhanybek Alpichshev）认为，他们已然发现了钙钛矿独特光伏特性背后的深层次机制。他们的主要发现是，硅基技术依赖于无杂质的纯净环境，而钙钛矿的情况却截然相反：恰恰是这些材料中自然存在的结构缺陷网络，实现了高效光伏能源采集所需的长距离电荷传输。

“我们的研究工作在阐释这些材料时，充分考量了大部分（若不是全部的话）已记录的特性，提供了首个物理层面的合理解释。”拉克如是说道。这些研究成果或许会加快下一代钙钛矿基太阳能电池迈向实际应用的进程。

“卤化铅钙钛矿”是一个具有广泛涵盖性的术语，指的是一类于20世纪70年代被发现的化合物。起初，除了具备形成稳定的有机 - 无机杂化晶体结构这一令人称奇的能力外，卤化铅钙钛矿并未引起广泛的关注。然而，在21世纪10年代初，研究人员察觉到这些材料展现出卓越非凡的光伏性能。钙钛矿还被证实是制造LED以及用于X射线检测和成像的上佳材料。

“此外，这些材料呈现出令人惊叹的量子特性，例如室温下的量子相干性。”在ISTA研究复杂材料中复杂凝聚态物理现象的阿尔皮奇舍夫解释道。

根本不同的太阳能电池技术

高效的太阳能电池必须能够吸收入射光，并将其高效地转化为电荷——一个带负电的电子和一个带正电的“空穴”。随后，这些电荷必须被收集到太阳能电池的电极上，以产生可供使用的电流。而这一过程颇具挑战性：电荷必须行进数百微米，且在途中不被捕获。

在硅基技术中，这一问题通过使太阳能采集介质近乎不含可能捕获电荷的缺陷来解决。钙钛矿器件的不同寻常之处在于，由于是溶 （此处原文似乎未表述完整）

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