研究人员已找到一种方法，通过利用晶格应变（原子结构的轻微变形）将铷钾掺入钙钛矿太阳能电池，从而显著减少能量损失并提高效率。
太阳能是减少对化石燃料依赖的最有前景解决方案之一。但提高太阳能电池板的效率始终是一个挑战。钙钛矿太阳能电池（PSC）一直是游戏规则的改变者，提供了效率的快速提升和低成本制造的潜力。然而，它们仍然面临能量损失和操作稳定性的问题。
宽带隙钙钛矿的挑战
钙钛矿太阳能电池，特别是用于串联配置的那些，依赖于宽带隙（WBG）材料——吸收高能（“蓝色”）光同时让低能（红色）光透过的半导体，以最大化效率。然而，宽带隙钙钛矿配方通常会出现相分离，不同成分随着时间的推移分开，从而导致性能下降。
一种解决方案是添加铷（Rb）以稳定WBG材料，但有个问题：Rb倾向于形成不必要的次级相，这减少了其在稳定钙钛矿结构中的有效性。
EPFL的解决方案：应变来拯救
由卢卡斯·佩菲弗和郑立凯在EPFL的迈克尔·格拉特策尔小组的科学家们现在找到了一种方法来强迫Rb保持在需要的位置。通过利用钙钛矿薄膜的“晶格应变”，他们成功将Rb离子嵌入结构中，防止了不必要的相分离。这种新颖的方法不仅稳定了WBG材料，而且通过最小化非辐射复合物，提高了其能量效率——这是能量损失的主要原因。
研究人员利用晶格应变——原子结构的可控畸变——将Rb锁定在钙钛矿晶格中。他们通过微调化学成分和精确调整加热和冷却过程来实现这一点。快速加热后再进行控制冷却会引发应变，防止Rb形成不必要的次级相，并确保其保持在结构内部。
验证和微调方法
为了确认和理解这一效应，团队使用X射线衍射分析结构变化，固态核磁共振跟踪Rb的原子位置，并通过计算建模模拟原子在不同条件下的相互作用。这些技术提供了应变如何稳定Rb掺入的详细视图。
除了晶格应变，他们还发现，引入氯离子是稳定晶格的关键，通过弥补掺入元素之间的尺寸差异。这确保了离子更均匀分布，减少了缺陷并改善了整体材料稳定性。
结果呢？材料更均匀，缺陷更少，电子结构更稳定。新的钙钛矿成分，经过应变稳定的Rb增强，达到了1.30 V的开路电压——这一数值达到了其理论极限的93.5%。这代表着WBG钙钛矿中记录的最低能量损失之一。此外，改性材料显示出改善的光致发光量子产率（PLQY），表明阳光被更高效地转化为电能。
对可再生能源的影响
降低钙钛矿太阳能电池中的能量损失可能导致更高效且具成本效益的太阳能电池板。这对于与硅配对以最大化效率的串联太阳能电池尤其重要。
这些发现也具有超出太阳能电池板的意义——钙钛矿正在被探索用于LED、传感器和其他光电应用。通过稳定WBG钙钛矿，EPFL的研究可能有助于加速这些技术的商业化。
