人们可以很好地隐藏压力，我们并不孤单。太阳能电池也有同样的能力。对于太阳能电池来说，在其微观晶体结构内的物理应变会打断其核心功能——将阳光转化为电能——本质上是以热的形式“失去”能量。对于一种新兴的太阳能电池，皇冠蓝球比分即卤化铅钙钛矿，减少和控制这种损失是提高效率和使钙钛矿与今天的硅太阳能电池相媲美的关键。

 

为了了解在太阳能电池中压力是如何累积并引发能量损失的，科学家必须将太阳能电池中钙钛矿晶体的底层颗粒结构可视化。但是，最好的方法是用高能电子轰击太阳能电池，这实际上是燃烧太阳能电池，使它变得无用。

 

来自华盛顿大学(University of Washington)和荷兰FOM原子和分子物理研究所(FOM Institute for Atomic and Molecular Physics)的研究人员开发了一种方法，可以在不伤害电池的情况下，照亮卤化铅钙钛矿太阳能电池中的应变。他们的方法发表在9月10日的《焦耳》杂志上，蓝冠官网成功地对钙钛矿太阳能电池的颗粒结构进行了成像，表明微观钙钛矿晶体之间的定向错误是太阳能电池内部应变累积的主要原因。晶体定向错误会在晶粒结构中造成小范围的缺陷，这些缺陷会打断太阳能电池中电子的传输，并通过一种称为非辐射重组的过程导致热损失。

 

“通过将我们的光学成像技术与FOM公司开发的新电子探测器相结合，我们实际上可以看到单个晶体是如何在钙钛矿太阳能电池中定向和组装的，”该研究的资深作者、华盛顿大学化学教授、华盛顿大学清洁能源研究所首席科学家戴维·金格(David Ginger)说。“我们可以证明，颗粒取向会导致应变增加，研究人员可以利用这一信息来改进钙钛矿的合成和制造过程，以实现更好的太阳能电池，同时将应变降至最低，从而将非辐射重组造成的热损失降至最低。”

 

卤化铅钙钛矿是一种廉价、可印刷的晶体化合物，有望成为目前广泛使用的硅或砷化镓太阳能电池的低成本、适应性强和高效的替代品。但即使是最好的钙钛矿太阳能电池也会因为分散在电池内部微观位置的热量而失去部分电能，从而降低了效率。

 

科学家们长期使用荧光显微镜来识别钙钛矿太阳能电池表面降低效率的位置。第一作者Sarthak Jariwala是华盛顿大学材料科学与工程专业的博士生，也是清洁能源研究所的研究生。他说，为了确定导致热损失的缺陷位置，研究人员需要描绘出薄膜的真实颗粒结构。

 

这些细线显示了使用新型电子背散射衍射获得的钙钛矿太阳能电池的颗粒结构。研究人员可以使用不同的技术来绘制高能量损失(深紫色)和低能量损失(黄色)的位置。资料来源:Jariwala等人，焦耳，2019年

 

Jariwala说:“从历史上看，要在不损害太阳能电池的情况下成像太阳能电池的真正颗粒结构是不可能的。”

 

典型的观察内部结构的方法是利用一种叫做电子背散射衍射的电子显微镜技术，这种技术通常会烧坏太阳能电池。但是，由埃里克·加内特(Erik Garnett)和布鲁诺·埃尔勒(Bruno Ehrler)共同领导的FOM原子和分子物理研究所(FOM Institute for Atomic and Molecular Physics)的科学家开发了一种改进的探测器，它可以在较低的曝光时间捕捉电子后向散射衍射图像，从而保护太阳能电池的结构。

 

来自Ginger实验室的钙钛矿太阳能电池的图像揭示了一种类似于干湖床的颗粒结构，其中的“裂缝”代表了数千个钙钛矿颗粒之间的边界。利用这些成像数据，研究人员首次能够绘制出功能正常的钙钛矿太阳能电池晶体的三维方位图。他们还可以确定晶体之间的不一致在哪里产生了应变。

 

当研究人员将钙钛矿颗粒结构的图像与非辐射复合中心(Jariwala使用荧光显微镜对其进行了成像)重叠时，蓝冠还是皇冠好？他们发现非辐射复合也可以在远离可见边界的地方发生。