由硅和鈣鈦礦組合加工的太陽能電池，特別是含有碘和溴等混合鹵化物的變體，比傳統(tǒng)的硅太陽能電池更高效、更便宜，因為它們能將更大比例的太陽光轉(zhuǎn)化為電能。然而，鈣鈦礦在光的影響下會降解，因此它們還不能用于商業(yè)使用。在結(jié)構(gòu)中替代陽離子（帶正電的離子）可以提高材料的穩(wěn)定性。來自AMOLF的研究人員今朝揭示了這種改善源自于對結(jié)構(gòu)的壓縮，相當(dāng)于對其施加相當(dāng)大的壓力。他們已將結(jié)果發(fā)表在《CellReportsphysicalScience》上。

鈣鈦礦由鉛離子和碘、溴離子等鹵化物離子包圍組成。這就形成了一個3-D結(jié)構(gòu)，其籠子中洋溢了陽離子，如甲基銨。問題是，倘若該結(jié)構(gòu)被照亮，材料中會出現(xiàn)單獨的區(qū)域，緊要是碘離子或緊要是溴離子。這樣一來，鈣鈦礦中碘-溴混合物的優(yōu)點就喪失了：大部分的光譜被轉(zhuǎn)化為熱能而不是電能。

ElineHutter是一位化學(xué)家，直到今年才成為AMOLF的研究員，他認(rèn)為通過將材料置于高壓下，可以戒備鹵化物的自發(fā)分離。“當(dāng)時，我并不確切了解為甚么。我稱它為化學(xué)直覺?！?/p>

AMOLF的混合太陽能電池小組之前開發(fā)了一種在這種情況下非常有用的設(shè)置：瞬態(tài)吸收光譜儀（TAS），可以在非常高的壓力下測量鈣鈦礦的電子特性?！笆澜缟蠜]有其他類似的設(shè)置，將TAS與壓力傳感器結(jié)合起來，”小組負(fù)責(zé)人brunoEhrler說。“但我最初對Eline的想法持懷疑態(tài)度，部分原由是我們要做的試驗仿佛太有挑戰(zhàn)性?！?/p>

與她的同事LoretaMuscarella一起，ElineHutter使用這種設(shè)置來測量材料被照亮后的情況?！疤热舨牧仙蠜]有壓力，我們觀察到溴和碘的分離。在3000巴的壓力下，我們看到分離不再發(fā)生?！?/p>

這一結(jié)果證實了Hutter的假設(shè)，即材料中的自由體積，以及相應(yīng)的壓力，對鹵化物的分離起著至關(guān)緊要的用途。在如此高的壓力下加工太陽能電池是不切實際的。然而，有一個實用的處理辦法，Hutter解釋說。“倘若我們用較小的陽離子（如銫）替換鈣鈦礦籠中的陽離子，就會發(fā)生所謂的化學(xué)收縮，整個結(jié)構(gòu)都會收縮。這種效果和讓材料承受高壓完全相同?！?/p>

Hutter和她的同事隨后用TAS證明，在這種被化學(xué)壓縮的鈣鈦礦中，不再發(fā)生碘和溴的分離。Hutter說，他們借此證明了理論中被遺忘的一個緊要方面：材料的體積之前被排除在計算之外?！霸谖铱磥?，這項研究之所以如此有趣，是因為外部壓力和內(nèi)部壓力之間的聯(lián)系?！?/p>

這是一個使鈣鈦礦穩(wěn)定的至關(guān)緊要的發(fā)現(xiàn)，Ehrler說。“以往焦點大多聚集在動力學(xué)上：延遲離子的運動以減緩分離。今朝我們已經(jīng)證明，新增壓力，改變了熱力學(xué)：離子移動的速度相同快，但碘和溴的分離不再是能量上的有利條件。所以，這種分離不會再發(fā)生了。”