2021-05-21 10:33
太阳每小时向地球输送的能量比人类全年消耗的还要多。世界各地的科学家都在寻找一种材料，可以成本有效地捕获这种无碳能源，并将其转化为电能。
钙钛矿是一种具有独特晶体结构的材料，它可以取代目前的太阳能收集材料。它们比目前用于太阳能电池的材料更便宜，而且拥有更卓越的光伏特性，使它们能够非常有效地将阳光转化为电能。
揭示钙钛矿在原子尺度上的性质对于理解它们有前途的能力至关重要。这一发现可以帮助模型确定用于太阳能电池的钙钛矿材料的最佳组成。
美国阿贡国家实验室、杜克大学、橡树岭国家实验室的联合团队，利用世界级的阿贡x射线散射设备和橡树岭中子散射设备，在原子尺度上研究钙钛矿材料的内部工作原理。
当光照射到光伏材料上时，它会激发电子，促使它们从原子中跳出，在材料中穿行，从而导电。一个常见的问题是，被激发的电子可以与原子重新结合，而不是通过材料，这导致产生的电量显著减少。
钙钛矿不同。利用阿贡实验室磁性材料小组的束线(6-ID-D)的x射线散射能力，该小组捕获了钙钛矿晶体中原子在不同温度下的平均位置。他们发现，每个铅原子及其周围的溴原子笼形成了像分子一样的刚性单位。这些单位以类似液体的方式来回摆动。
一种解释钙钛矿抵抗重组的理论是，当自由电子在材料中穿行时，晶格或晶体结构中的这些扭曲会跟随它们。电子可能会使晶格变形，引起类似液体的扰动，从而防止它们跌落到它们的主原子中。这一理论得到了新的实验结果的支持，可以为如何设计最优的钙钛矿太阳能电池材料提供新的见解。
这些数据还表明，材料中的分子只在二维平面内振荡，而没有在平面上运动。晶体扭曲的二维性质可能是解释钙钛矿如何阻止电子复合的另一块拼图，有助于提高材料的效率。
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