導讀：荷蘭科學家聲稱已開發出一種理論，解釋了鹵化物偏析的機理，鹵化物偏析是影響鈣鈦礦太陽能電池熱穩定性的主要因素。他們申明，該理論可為構建更穩定的鈣鈦礦光伏器件提供技術解決方案。

當鈣鈦礦型太陽能電池受到日光照射時，鹵化物溴化物和碘化物會分離。圖片：埃因霍溫科技大學

埃因霍溫理工大學的科學家們提出了一個熱力學理論，在他們看來，這解釋了為什么鈣鈦礦太陽能電池存在熱穩定性問題，這是一個關鍵問題，為了使這種電池技術走出實驗室，更接近商業生產。

在發表在《自然通訊》雜志上的關于混合鹵化物鈣鈦礦中光誘導鹵化物分離的統一理論研究中，荷蘭研究小組解釋說，用于光伏應用的鈣鈦礦絕大多數是將甲基銨或甲酰胺等有機材料與金屬結合的鹵化物化合物，通常是鉛或錫，還有鹵化物，比如溴化物或碘化物。

他們的分析集中于溴化物和碘化物結合的五種鹵化物化合物。他們進一步解釋說，這種組合工作得特別好，因為它允許“調整”帶隙，或在材料中產生電能所需的光子能量的最小量。他們還補充說，當鈣鈦礦光伏設備用于串聯太陽能電池時，這種解決方案是理想的。

然而，在鹵化物化合物中，經常會自發形成富含碘元素的區域，溴元素從這些區域排出，這種現象被稱為鹵化物分離。化合物隨后的分離傾向于在這些低帶隙區域捕獲產生電的光載流子，嚴重阻礙了電池的效率，學者強調，并指出激發的光載流子傾向于移動到自由能量最低的區域。

對于所分析的五種化合物，研究人員能夠根據溫度、光照條件和溴化物濃度確定穩定、亞穩態和不穩定區域。我們關于光誘導鹵化物分離的統一理論考察了光伏電池中鈣鈦礦的總自由能，無論是在黑暗中還是在電池暴露在陽光下，研究員PeterBobbert說。

學者們聲稱，這一理論可能為構建更穩定的鈣鈦礦光伏設備提供技術解決方案。例如，它可以幫助確定添加多少溴到化合物中而不使其不穩定。Bobbert補充說，通過不摻入過多的溴化物，可以避免分離，同時仍然可以獲得對串聯電池有效的相當大的帶隙。

科學家們還發現，用銫取代有機陽離子也可能具有穩定作用。他們研究了一種銫鉛化合物電池，據稱該電池在溴化物濃度達到42%時仍保持穩定，最大禁帶寬度為1.94eV，這足以使該電池適用于串聯光伏設備。他們總結道，這個理論也可以很容易地應用到其他通過合金化來調節帶隙的半導體上。