加州大学圣芭拉拉分校（UC SB）工程学院材料系的研究人员，刚刚找到了导致新一代光伏面板效率受限的主要原因。此前普遍认为杂化钙钛矿的晶格中可能存在各种缺陷，而负责混合成分的有机分子将保持其完整性。不过最新的研究已经表明，这些分子中缺少的氢原子，会导致能效的大量损失。


杂化钙钛矿具有出色的光伏性能，许多人都期待着它能够推动太阳能技术的进一步发展。所谓的“杂化物”，特使将有机分子嵌入作为无机物的钙钛矿晶格，以维持类似于钙钛矿物的结构。

这类材料的光伏转换效率可与硅基方案相媲美，但生产成本要低得多。遗憾的是，目前已知的钙钛矿晶格缺陷，会导致光伏效率以发热的形式而消散。

此前多年，大量研究人员都在深入了解这种缺陷。而 UCSB 材料系教授 Chris Van de Walle 带领的一支研究团队，刚刚取得了一项重要的发现。

项目首席研究员 Xie Zhang 表示：“甲基铵碘化铅是一种典型的混合钙钛矿，但打破其中一个键、并去除甲基铵分子上的氢原子也非常容易”。

氢空位会变身成为电荷的吸收器，而这些电荷是由落在光伏面板上的光子产生、并在晶格中移动的。在此情况下，闲置电荷将无法继续开展有效的工作（比如为电池充电、或为电机供电），从而降低了效率。

据悉，这项研究得到了 Van de Walle 团队开发的先进计算技术的帮助，提供了有关材料中电子的量子力学行为的详细信息。

参与研究的 Van de Walle 研究团队的一名高级研究生 Mark Turiansky，帮助其建立一套复杂了方法，能够将这些信息转换为定量的电荷载流子俘获率值。

Turiansky 表示：“我们团队已经打造了强有力的方法，来确定哪些过程会导致效率的降低，且很高兴看到该方案为一种重要的财力提供了如此宝贵的见解”。


通过反复实验，我们发现通过 Formamidinium 取代甲基铵分子，可以让钙钛矿表现出更好的性能。展望未来，科学家们有望研制出更加性能更高、成本更合理、环境效益也更加出众的新材料。

有关这项研究的详情，已经发表在 4 月 29 日出版的《自然材料》（Nature Materials）期刊上。原标题为《Minimizing hydrogen vacancies to enable highly efficient hybrid perovskites》。 

原标题：科学家找到光伏面板最大短板：杂化钙钛矿晶格中的缺陷