【博科园-科学科普】科学家预测钙钛矿甚至可能超过其顶级太阳能电池竞争者——硅
钙钛矿是一种被认为改变了太阳能电池工业的未来的材料，它被SLAC国家加速器实验室的研究人员用“电子照相机”成像，这样它的大光收集特性就可以被理解。钙钛矿于1839年在俄罗斯乌拉尔山脉发现。这种材料非常适合太阳能电池，因为它便宜，易于制造，而且非常灵活。最重要的是科学家们预测在将光能转化为电能的效率比其他任何材料都快的时候，钙钛矿甚至可能会超过它的顶级太阳能电池竞争者——硅。
太阳能电池是用来采光并将其转化为电能的设备。它们通常是由硅制成的，通过吸收光子，光的包，从而产生电子，带负电的粒子从太阳能电池的材料中出来。这样就留下了一个电压，本质上就是一个电池，因此太阳能电池可以用来发电。
光从太阳能电池材料中释放出电子，这些装置会移动到相反的两端，留下一种电压，然后用于电力设备。图片版权：Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
太阳能电池的效率取决于电子在材料中的流动，因为只有电子能够移动，才能产生电压。电子的移动速度越快就能产生这种电压，从而产生电力电子设备。硅对太阳能电池很好，因为它的内部结构非常有序，这意味着电子可以很容易地自由移动。但这也意味着晶体中的任何缺陷都会降低其效率。相比之下，钙钛矿的内部结构并不为人所知，所以SLAC的科学家们想知道为什么它如此高效。
首先是一种原型材料，它的结构与许多钙钛矿相似。它包括一种叫做mehtylammonium，铅和碘的有机分子。这一原型材料的内部结构由碘原子组成，排列在八面结构的八面结构中，在这个结构中，原子处于八面体的中心，而甲基铵分子则位于它们之间。研究发现当光发生在这样的结构上时，会发生大变形，这对采光效率至关重要。
在SLAC的加速器结构测试区域(ASTA)，研究人员用高功率激光脉冲击中了一层钙钛矿薄膜。为了观察这些电子在电影中如何偏转，帮助重建电影的原子结构，然后通过影片对高能电子脉冲进行了指导。在激光脉冲和电子脉冲的不同时间延迟上多次重复实验，在光发生后，电影中的原子的电影被制造出来。这种方法类似于拍摄一系列超快的x射线照片，但电子给我们提供了更强的信号，以获取更薄的样本，并没有那么大的破坏性。
科学家们观察到10/1000000000000秒激光脉冲后每个铅原子周围的碘原子旋转就像移动球体表面的铅原子的中心，切换每个从常规的形状扭曲一个八面体。这些变形被发现很大而且持续了很长时间。该报告的第一作者吴晓西说：人们认为它对光线的反应可以提高效率，比如允许电荷通过缺陷移动，保护它们不被困在材料中。
当光照在钙钛矿上时，分子内部的扭曲可能就是为什么它如此擅长采光并将其转化为电能的原因。图片版权：Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
这些结果提供了更多关于钙钛矿的内部结构的信息，可以帮助创造出更高效的太阳能电池。
作者：Meriame Berboucha（物理学家）
来自：Forbes science
编译：完美的球
审校：博科园
