钙钛矿日落吗?

钙钛矿已经可以说改变了太阳能比其他技术在过去几年已经几十年。但英国研究人员质疑乐观的预测未发现的钙钛矿。1

杂化钙钛矿是一个混合的有机和无机离子晶体结构与氧化钛钙(CaTiO3)。金属卤化物钙钛矿是这些结构的一个子集包含卤离子氟或氯等。碘钙钛矿等methylammonium碘化铅(CH3NH3PbI3)可以将阳光转化为电能。

研究人员使用一个几十年的几何公差因子的提出的新组合离子形成稳定的钙钛矿。现在,罗伯特•帕尔格雷夫英国伦敦大学学院和他的团队,有重新评估的有效性的公差因素预测新的杂化钙钛矿结构。

最近的研究托尼Cheetham来自英国剑桥大学的团队,显示公差因子方法在分配好工作半径在范围广泛的有机离子混合钙钛矿。他们建议可能有超过600未被发现的杂化钙钛矿。^2,3

帕尔格雷夫和他的团队感兴趣是否容忍因子方法对金属卤化物钙钛矿适合太阳能电池仍然有效。沉重的碘离子的化学性质在这些结构是非常不同的原子球假定在公差因子计算和结果是令人震惊的。

混合太阳能电池的快速推进是一个了不起的故事,”帕尔格雷夫说。在氧化物钙钛矿工作过,我是肯定会有更多的杂化钙钛矿。但在实验室合成尝试失败之后,团队意识到的公差因子并不为碘钙钛矿工作。”

尽管他们位于碘化合物的许多文献中使用正确的原子成分是钙钛矿,帕尔格雷夫的研究小组发现,宽容的因素无法识别哪些形成稳定的钙钛矿。这个模型怎么可能将预测未知化合物的稳定性?

几何级数

帕尔格雷夫标识公差因子方法两个主要问题。首先,使用的离子半径计算是基于金属连着,电负性离子氧化物、氟化物等。他们不代表金属离子密切连着重阴离子如碘化显示更大的共价。

[[只有少数金属碘化能够形成钙钛矿]]相反,帕尔格雷夫的团队适应公差因子方法占重卤化物的化学和物理差异。他们计算金属卤化债券平均长度为17个已知结构的金属无机晶体结构数据库,确定特定的离子半径为每个金属离子当连着卤化物离子。

第二个问题是,碘离子离开大八面体空间填写的晶体结构。这通常不是一个问题小氧化物和氟离子,但对于非常大的碘离子需要大量金属离子适应八面体孔。的小金属离子形成稳定的钙钛矿不适合太阳能电池的电子性质。

通过绘制每个钙钛矿结构的调整公差因素对一个八面体因素占所需的金属离子的结构几何,帕尔格雷夫的团队定义金属卤化物钙钛矿的稳定区域。

但这是一个坏消息:“只有少数金属能够形成碘钙钛矿。这包括结构基于铅的毒性的部分原因是寻找新的杂化钙钛矿。其他一些收益率只有非常气敏化合物。而不是大量的离子组合此前预期,似乎有有限的空间发现新的金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池。

一个新的黎明

然而,还有一线希望:注意力转向non-perovskite混合结构提出了一种新的边界,科学家可能找到好的太阳能电池材料。该改进模型可以帮助指导研究通过大量不同的可能的离子组合新型太阳能电池材料。

碘化合物的离子半径有关固态社区的将是一个宝贵的资源,“无机化学家说Geoff Hyett英国南安普顿大学的。结论,几乎不可能是一个有趣的新混合钙钛矿,和综合社区的一个挑战。”

Cheetham本人回应,帕尔格雷夫的治疗表明,有必要指定小,anion-dependent半径当铅和其他金属卤化物的结合在一起。阳离子半径的新设定收益率公差因素帐户非常好对于大多数的已知混合钙钛矿卤化物。因此,它是一个重要的进步在这个令人兴奋的领域。”

Aron沃尔什巴斯大学的材料化学家,英国同意了。这是安慰我们教本科生的半径比规则仍持有价值在材料化学的前沿。”他接着说,更准确的描述金属卤化物钙钛矿结构景观”给新材料探索的信心。

帕尔格雷夫的前景仍然乐观发现新型太阳能电池材料。”很解放之后试图让新钙钛矿,现在我们可以使用几乎任何类型的有机和无机离子我们喜欢!”