气候变化及其后果日益明显，将太阳能转化为电能的太阳能电池将在世界未来的能源供应中发挥关键作用。太阳能电池的常见半导体材料，如硅，必须通过昂贵的工艺生长，以避免其晶体结构中的缺陷影响功能。但是金属卤化物钙钛矿半导体正在成为一种更便宜的替代材料类别，具有出色且可调的功能以及易于加工的特性。
在APL Materials 中，研究人员展示了有机-无机杂化钙钛矿半导体和器件的路线图。
钙钛矿半导体可以从溶液中加工，半导体油墨可以涂覆或简单地涂在表面上以形成所需的薄膜。这可以集成到半导体设备中，例如太阳能电池或发光二极管。
德国康斯坦茨大学的合著者 Lukas Schmidt-Mende 说：“多年来，溶液处理的半导体被认为无法提供与特殊生长的晶体半导体相同的功能。” “这种想法背后的原因是，简单的溶液处理本质上会导致形成的晶体结构中存在相对较多的缺陷，这可能对其功能产生负面影响。”
事实证明，有机-无机杂化钙钛矿具有很强的缺陷耐受性。处理后形成的缺陷不会显着影响设备功能，而且混合钙钛矿首次实现了高效的溶液处理设备。
“我们可以简单地改变钙钛矿的化学成分来调整其带隙，这使我们能够改变吸收曲线，”施密特-门德说。“这可用于制备不同波长的发光二极管，或调整串太阳能电池的钙钛矿材料以优化吸收曲线。”
然而，高缺陷容限“令人惊讶，需要更好地理解，”他说。“了解细节将有助于进一步优化材料，或许可以找到其他类似的高效替代品，并让我们有机会改进基于钙钛矿半导体的应用。”
该小组指出，钙钛矿设备目前有两个主要缺点。
首先，最有效的设备都含有有毒的铅，而用毒性较小的元素代替铅的努力迄今为止只取得了部分成功。其次，与硅器件相比，钙钛矿器件的寿命较短。
Schmidt-Mende 说：“尽管钙钛矿设备的稳定性在过去几年中急剧增加，但我们仍然不了解也没有克服其所有退化机制。”
许多研究人员正在研究太阳能电池，并且由于可以调整带隙，钙钛矿对于串应用很有吸引力，它们可以与已建立的硅太阳能电池结合使用。
“其他应用是发光二极管，可以通过调整钙钛矿的化学成分来调整发出的光的颜色，”施密特-门德说。“至于其他半导体，可能的应用清单很长，我们才刚刚开始了解这种材料及其潜力。”
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