更有效和更具韧性的太阳能电池材料对于成功的绿色转型至关重要。卤化物钙钛矿正在成为传统硅材料的有前景的替代品。位于瑞典的查尔默斯科技大学的研究人员揭示了钙钛矿材料功能的新见解，标志着该领域的一项重大进展。
有效和韧性材料对于太阳能电池在向更绿色未来的过渡中至关重要。卤化物钙钛矿被认为是传统硅材料的可行替代品。瑞典查尔默斯科技大学的研究团队对钙钛矿材料的运作方式进行了新发现，这代表了一次重要的飞跃。
卤化物钙钛矿是指一系列材料，这些材料在柔性和轻量太阳能电池以及LED照明等多种光学应用方面表现出显著的前景和成本效益。它们的有效性源于其独特的高效吸收和发射光的能力。然而，这些材料的快速降解是一个挑战。为了优化其应用，理解降解背后的原因和材料的基本机制至关重要。
利用计算机模拟和机器学习
在钙钛矿的组合中，包括3D和2D材料，后者通常表现出更大的稳定性。查尔默斯科技大学物理系的研究团队利用复杂的计算机模拟和机器学习技术研究了多种2D钙钛矿材料，从中获得了其属性的关键见解。这项研究的详细信息已发表在《ACS Energy Letters》上。
“通过计算机模拟对材料进行映射，并将其置于各种情境中，我们可以得出关于原子如何对热和光等因素反应的结论。换句话说，我们现在拥有了一种微观理解材料的方式，这种理解独立于实验观察，但与实验中观察到的行为一致。与传统实验不同，模拟允许我们详细观察导致测量结果的因素。这增强了我们对2D钙钛矿功能的理解，”查尔默斯科技大学的研究团队成员保罗·埃哈特教授解释道。
在更长的时间框架中探索更大系统
利用机器学习对研究人员至关重要，使他们能够研究比几年前使用的传统方法更大的系统和更长的持续时间。
“这种方法让我们获得了比以往更广泛的视角，同时使我们能够检查更复杂的材料。我们观察到在这些超薄材料层中，每一层的行为都是独特的，而这一点在实验上极难识别，”副教授朱莉娅·维克托表示，她与研究人员埃里克·弗朗森共同参与了这项研究。
对材料组成的增强理解
2D钙钛矿材料由堆叠的无机层和有机分子交错而成。理解影响这些层之间以及与有机分子之间相互作用的特定机制，对于利用钙钛矿材料制造高效稳定的光电设备至关重要。
“在2D钙钛矿中，你有由有机分子相互连接的钙钛矿层。我们的发现揭示了我们可以通过选择有机连接器直接影响表面层中原子的运动，随后影响钙钛矿层内部更深处的原子运动。这种运动对光学性质至关重要，类似于多米诺效应，”保罗·埃哈特进一步讲解道。
这项研究的发现变得更加清晰，阐明了2D钙钛矿材料如何能被有效利用来设计适用于各种应用和不同温度条件下的设备。
“这确实让我们理解了2D钙钛矿材料内的稳定性来源，使我们能够预测哪些连接器和配置可以同时增强材料的稳定性和效率。我们的下一个目标是深入探讨更复杂的系统，特别是关注对设备功能至关重要的界面，”朱莉娅·维克托总结道。
