揭示钙钛矿形成的隐藏路径

钙钛矿太阳能电池是传统硅太阳能电池的替代品，准备以高功率转换效率(现在超过22%)进入市场，并降低资本支出和制造成本。

将钙钛矿薄膜沉积到面板结构上的主要方法之一是称为顺序沉积反应的过程，该过程由MichaelGrätzel和EPFL的同事在2013年开发。许多研究试图用添加剂，成分变化和温度效应来控制该过程。然而，这些都没有提供对整个顺序沉积反应的完全理解。这妨碍了对薄膜质量的充分控制，薄膜质量决定了太阳能电池的性能。

目前，EPFL的MichaelGrätzel和Amita Ummadisingu的一项研究提供了迄今为止对顺序沉积反应进行的最系统和全面的研究。科学家们开始用X射线衍射分析和扫描电子显微镜深入研究碘化铅(PbI2)的结晶，这是反应的第一阶段。然后，他们首次使用SEM-阴极发光成像来研究钙钛矿薄膜形成的纳米级动力学。

“我们结合了两种强大的工具来获得有关钙钛矿形成过程中薄膜表面的成分信息，”Amita Ummadisingu说。“这项技术使我们能够实现令人惊叹的纳米级分辨率，这意味着我们第一次可以看到在反应过程中形成了由钙钛矿和PbI2组成的混合晶体聚集体。”

接下来，科学家们使用横截面光致发光映射，揭示了转化反应的方向性。迄今为止，这种信息在标准表面成像中是无法实现的，因为彼此相邻的层是不可接近的。但借助最先进的混合高清光子探测器，研究人员能够在这些横截面上同时成像PbI2和钙钛矿。“我们使用这种技术在钙钛矿薄膜中发现了被困的未反应的PbI2，这非常有用，”Ummadisingu说。

“我们的研究结果最终回答了几个关于残余PbI2在钙钛矿太阳能电池中的位置和作用的开放性问题，”MichaelGrätzel说。“从更广泛的角度来看，我们对该技术用途的创新论证为理解太阳能电池垂直截面中钙钛矿的性质打开了大门，而不仅仅是文献中的钙钛矿表面。”