奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员在《自然通讯》发表最新研究，解释了卤化铅钙钛矿太阳能电池即使存在缺陷仍能高效工作的原因。这一发现解开了长期困扰科学家的谜团，有望推动下一代太阳能技术发展。

卤化铅钙钛矿材料性能已接近传统硅基太阳能电池，但其生产成本更低。过去15年来，这种材料被视为下一代太阳能电池的有力竞争者。与需要高纯度硅的硅基技术不同，钙钛矿可通过廉价溶液法生产，却展现出可比性能。ISTA研究人员Dmytro Rak和Zhanybek Alpichshev发现了其高效机制：自然形成的结构缺陷网络使电荷能长距离传输。

Rak表示：“我们的工作首次为这些材料提供了物理解释，同时涵盖了它们已被记录的大多数特性。”硅基电池依赖高纯度，而钙钛矿却从缺陷中受益。该研究揭示了与传统技术的鲜明对比。

太阳能电池需将阳光转化为电荷，电荷必须移动数百微米距离而不被捕获。硅电池通过消除缺陷解决此问题，但钙钛矿天然含缺陷，其高效性令人惊讶。ISTA团队发现钙钛矿内部存在分离电荷的内力，阻止电子和空穴复合。这种分离发生在称为“畴壁”的特定区域，形成相互连接的网络。

为可视化畴壁，Rak开发新方法，引入银离子作为标记物。银离子沿畴壁聚集并转化为金属银，使网络在显微镜下可见。Alpichshev说：“这种技术类似于活体组织中的血管造影术，但检查的是晶体微观结构。”

畴壁网络充当“电荷高速公路”，引导电荷高效移动。Rak解释：“电子-空穴对在畴壁附近产生时，局部电场将它们拉开，使它们沿畴壁漂移并传输长距离。”这解决了电荷如何穿过有缺陷材料的疑问。

研究人员强调，这一发现为钙钛矿行为提供了统一解释。Rak说：“有了这个全面图景，我们终于能调和先前矛盾观察，解决关于其能量收集效率来源的长期争论。”以往改进钙钛矿电池的努力多聚焦化学成分调整，进展有限。新理解为工程化内部结构开辟道路，可能在不牺牲低成本优势下提升效率。这些发现对推动下一代太阳能技术从实验室走向应用具有关键意义。

出版详情：作者：Dmytro Rak, Dusan Lorenc, Daniel M. Balazs, Ayan A. Zhumekenov, Osman M. Bakr, Zhanybek Alpichshev；标题：《These cheap solar cells work better because they’re flawed》；发表于：《Nature Communications》(2026)；期刊信息: Nature Communications