含有辣椒素的钙钛矿太阳能电池。
来自中国和瑞典的科学家发现，决定辣椒辛辣程度的化合物——辣椒素，可能是制造高效钙钛矿太阳能电池的秘密武器。
这项于1月13日发表在《焦耳》杂志上的论文表明，在制造过程中，将辣椒素喷洒到甲基铵铅三碘化物（MAPbI3）钙钛矿前体上，可以让更多的电子参与到半导体表面电流传导过程中。由此，我们将得到目前为止电荷传输效率最高的多晶MAPbI3太阳能电池。
“在未来，利用绿色、可持续的森林生物材料添加剂技术制造无毒、无铅钙钛矿材料将成为一种趋势。”来自华东师范大学的论文作者保秦烨说，“我们希望最终能够生产完全绿色的钙钛矿太阳能电池，将其发展为一种新的清洁能源。”
虽然金属卤化物钙钛矿半导体是太阳能电池生产前沿中一种颇具潜力的候选者，但其使用却受到了非辐射复合的限制。非辐射复合是一种发生在电子水平上的过程，它会降低电池的效率并加剧热损失。新研究中，研究人员发现，天然、廉价的添加剂——辣椒素可以帮助科学家们克服以上限制，提高太阳能电池的性能。
“考虑到辣椒素的电学、化学、光学和稳定性能，我们初步确定：它是一种很有前景的候选分子。”保秦烨说。
为测试辣椒素的作用，研究者将0.1wt%的化合物（最佳确定浓度）添加到MAPbI3钙钛矿前体中。之后，利用紫外光电子能谱、X射线光电子能谱等技术，他们分析了辣椒素添加剂对太阳能电池性能的影响。结果表明，控制器件的功率转换效率仅为19.1%，但含有辣椒素的器件的效率为21.88%——几乎与单晶MAPbI3器件的效率（21.93%）相同。不仅如此，增强版的太阳能电池还表现出了更好的稳定性：在环境空气中暴露800小时后，它仍能保持90%以上的初始效率。
保秦烨和同事们确定，辣椒素大幅降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度，使电子密度增加了一个数量级，促进了电荷传输。此外，他们观察到含有辣椒素的太阳能电池的泄漏电流较小，表明添加剂成功地抑制了非辐射复合。
辣椒素通过改变钙钛矿材料的表面能量学实现了这些改进。它在p型半导体层（含有较多的缺电子“空穴”）与n型半导体层（含有较多的电子）之间‘创造’了一个界面，该界面可以促进电荷传输，抑制效率损失。
虽然辣椒素可能是开发规模更大、效率更高的钙钛矿太阳能电池的一种低成本、广泛可用的添加剂，但研究者指出，该化合物对无机钙钛矿和双钙钛矿等无毒、无铅钙钛矿有何影响，还需进一步研究。此外，要将材料投入商业应用，也仍需强化其稳定性。
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编译：橘子
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《焦耳》
期刊编号：1673-3169
原文链接：
https://techxplore.com/news/2021-01-compound-chili-peppers-spicy-boosts.html
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