科学家通过带电原子展示光控电流运输

先前未知的去拍薄膜：在一些材料中，例如在钙钛矿甲基铅碘化物（MAPI）中，离子对光诱导的导电性有贡献。通常在太阳能电池中，光最初释放电子。剩余的带正电的孔中和晶体中带负电荷的碘离子。因为没有充电的碘原子小于碘离子，所以它占据间质空间，其中碘离子不合适。晶格中的所得间隙允许离子传导与电子孔允许电子传导相同。© Max Planck固体研究所研究所

光控电流通过带电原子运输，现在首次展示，使新的应用程序可以想到。

光线使一些材料在以前的不可预见的方式中导电。在常见的硅太阳能电池中，当阳光普照时，电子流动。然而，基于斯图加特的Max Planck固体研究所的科学家们现在已经出现了一个惊喜：在一个特殊的佩洛斯基特，用于太阳能电池的另一种材料，光不仅释放电子，而且是电荷的原子，称为离子。此外，这种新颖的光学缩小非常大。离子电导率增加一百个。对于由本文研究的材料制成的太阳能电池，高光诱导的离子电导率相当损害;然而，现在可以专门抵消后果。从斯图加特的研究人员的角度来看，效果本身就是接地，因为它使得新颖的轻控制电化学应用可以想到，例如通过光线直接充电的电池。

施及效率时，硅太阳能电池设定标准。但特别是对于具有特别高效率的光伏元件，硅生产既复杂又昂贵。由于其结构，材料称为Perovskites，可以在这里提供更便宜的替代品。Max Planck Solid Station研究所主任Joachim Maier领导的科学家们现在已经检查了基于Perovskite甲基铅碘化物（MAPI）的光在这些材料中影响电力的运输。他们对这些材料的兴趣是在与MichaelGrätzel的合作中引起的，他在ÉcoleGolytechniqueFédéraledeLausanne（EPFL）进行了研究，并且是基于斯图加特的最大普朗克研究所的外部科学成员。

在他们的实验中，研究人员现在观察到，当材料被照射时，离子是带电原子的导电效果导致意外高度的电导率。在Perovskite太阳能电池中，效果可能导致结构改变和损害效率。“然而，我们的调查结果可能有助于防止这种老化过程，”Joachim Maier说。然而，对于化学家来说，这种现象主要是最令人兴奋的，因为它在光的帮助下产生了释放移动离子的基本可能性，即那些在电化学应用中运输电力，诸如电池，燃料电池或电化学传感器等电荷载体的可能性开关。

机构将光产生的孔转化为离子电导率

这种光影响离子转运仅在生物学中证明了离子转运：照明能够间接地改变细胞膜的渗透性。然而，“非常令人惊讶的是，结晶固体的离子传导可以直接修改，并且在多大程度上是可能的，”Joachim Maier说。他的团队观察到自由碘离子数量的数量如何增加一百个。因此，离子传导在类似的程度上增加，就像发光的电子导电率一样已知的程度。

斯图加特的研究人员不仅在实验上展示了这一现象。他们也可以解释一下。根据它们，光最初释放电子，通常在太阳能电池中通常。由于物理学家说，带负电的电子在晶格中留下带正电的孔。这些中和晶体内的其他带负电荷的碘离子。因为不带电的碘原子比碘离子小得多，所以它占据所谓的间质空间，即，晶格中的自由空间，其中较大的碘化离子不合适。晶格中的所得间隙允许离子传导与电子孔允许电子传导相同。“对这种效果至关重要的是，有一种机制，可以将光线直接产生的孔转化为离子电导率，”Joachim Maier说。

各种方法证明了毫无疑问的影响

研究人员使用了各种方法来证明毫无疑问的影响。在初始实验中，它们使用了阻挡离子的MAPI的电触点，即它们仅允许电子传递。它们使用特定电流并测量电压。如果离子参与电流，则电压应该在短时间内增加，因为它们只能最初移动，但是被触点阻挡。这正是斯图加特观察到的研究人员。

还通过在开路中测量的电压提供了离子传导的清晰证据，该电压由研究人员使用钙钛矿作为照明电池单元的电解质相产生：如果材料中的电子主要传输电流，则会发生短路，并且不会产生电压。然而，使用离子导电材料作为电解质，可以测量预期的电池电压。

研究人员在另外两个实验中直接证明碘输送。它们暴露于钙钛矿的一侧至气态碘。它们将铜膜附着到另一侧，其用作所谓的碘水池，因为其与形成铜碘化铜的反应的倾向。在照明下，该过程以非常高的速度发生。还通过实验证明了钙钛矿样品中碘的运输，其中甲苯作用为元件的外部水槽。研究人员在光谱上证明了甲苯中碘浓度一旦照亮钙钛矿就会增加。

在不同的材料中是否发生类似的事情？

吉尔强调，科特加特科学家观察的机制是可逆的。它不会破坏材料。只有当钙钛矿材料与永久粘合碘的物质接触时，或者当碘进入大气中时，物质会随着时间的推移而降解。

在不久的将来，研究人员没有意图成为内容，只能了解劣化机制并最终阻止它们。根据Joachim Maier的说法，更重要的是调查效果本身，因为它代表了固态研究的新颖性。“我们将检查其他材料，看看是否发生类似的现象，”Joachim Maier说。研究人员还侧重于如何在技术上利用这种效果的问题。为此，他们将首先开发思想，例如利用光刺激的存储，然后寻找适合的这些应用。“离子电导率代表了能源研究背景中的关键现象，”Joachim Maier说。“但在很多方面 - 特别是在接触光线时 - 它仍然是Terra Incognita。”斯图加特的最大普朗克研究人员打算改变这个。

出版物：Gee Yeong Kim，等人，“哈利河畔卤化物疫情的大型调节照片和对光学分解的影响，”自然材料，2018年3月22日; DOI：10.1038 / s41563-018-0038-0