由人造金属晶体结构制成的称为钙钛矿的太阳能电池近年来显示出巨大的希望。现在，斯坦福大学的科学家们发现，施加压力可以改变这些廉价材料的性质以及它们对光的反应。
“我们的研究结果表明，我们可以通过施加外部压力来增加钙钛矿太阳能电池的电压，”斯坦福大学化学助理教授Hemamala Karunadasa说。“我们还观察到这些有前景的材料在高压下的电子电导率显着增加。”
Karunadasa和斯坦福大学的同事Wendy Mao在4月6日的ACS Central Science期刊网络版上发表了他们的研究结果。
钙钛矿有几种晶体结构，包括由铅，碘或溴和有机化合物制成的混合钙钛矿。廉价的材料在推进LED和激光器方面具有潜在的应用，但最热门的研究领域之一涉及太阳能电池。最近的研究表明，混合钙钛矿有效地吸收太阳光并将其转化为电能。几个实验室已经实现了超过20%的效率，可与市售的硅太阳能电池相媲美。
在ACS中心科学研究中，Karunadasa和Mao试图评估压力如何影响混合钙钛矿对光的反应。为了找到答案，研究人员将钙钛矿样品装入钻石砧座细胞中，这是一种由两颗相对的钻石组成的高压装置。将每个微小样品置于钻石之间，然后在非常高的压力下挤压。
结果是可见的。一个样品，通常是橙色，在压缩下变亮，表明钙钛矿吸收了更高能量的光波。但随着压力增加，样品变暗，表明低能量光也被吸收。
“我们的研究结果表明，压缩可以让我们定制吸收光的波长，”斯坦福大学地质科学副教授，SLAC光子科学副教授毛说。“这种压缩可以通过机械或化学方法实现。”
几个研究小组一直在开发低成本的串联太阳能电池，这种太阳能电池由钙质层叠在硅上制成。但是，获得高效串联电池所需的高电压已经证明是困难的。新斯坦福研究的结果表明，压力可以增加钙钛矿太阳能电池的电压，应该进一步研究。
“通过使用X射线衍射跟踪压缩时原子的位置，我们可以准确地解释材料的结构如何响应压力，”Karunadasa说。“总的来说，这项工作表明，压力是一种调节旋钮，可以以可预测的方式改善钙钛矿吸波材料的性能。”
该研究的其他共同作者是斯坦福的Adam Jaffe，SLAC国家加速器实验室的Yu Lin和Johannes Voss，以及劳伦斯伯克利国家实验室的Christine Beavers。
资金由国家科学基金会，能源部，斯坦福全球气候与能源项目和斯坦福跨学科研究生奖学金计划提供。