2021年5月21日
太阳在一小时内向地球输送的能量比人类全年消耗的能量还要多。世界各地的科学家正在寻找能够经济高效地捕获这种无碳能源并将其转化为电能的材料。欧洲杯足球竞彩
钙钛矿是一种具有独特晶体结构的材料，可能会超过当欧洲杯足球竞彩前的太阳能收集技术。钙钛矿比当前太阳能电池中使用的材料更便宜，并且表现出显著的光伏特性——这种特性使它们能够非常有效地将阳光转化为电能。
在原子尺度上揭示钙钛矿的性质对于理解其有前途的性能至关重要。这一洞察有助于模型确定太阳能电池钙钛矿材料的最佳组成，可用于驱动汽车、电子设备，甚至家用取暖和其他电器。欧洲杯足球竞彩
钙钛矿在防止复合方面做得很好。我们想知道是什么机制导致了这种情况，以及我们是否可以利用它来制造更好的太阳能电池。”
阿贡科学家雷·奥斯本
Scientists at the U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory participated in a collaboration led by Duke University, along with DOE's Oak Ridge National Laboratory and other collaborators, to study the inner workings of a perovskite material using the world-class X-ray scattering capabilities at Argonne and neutron scattering capabilities at Oak Ridge. The scattering capabilities enabled the scientists to observe the material's behavior at the atomic scale, and the study revealed that liquid-like motion in perovskites may explain how they efficiently produce electric currents.
“这些材料令人兴奋，但我们不完全理解为什么它们是如此好的光伏电池，欧洲杯足球竞彩杜克大学的Olivier Delaire说，他是这项研究的首席科学家。
当光照射到光伏材料时，它会激发电子，促使电子从原子中弹出，并在材料中传播，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，而不是在材料中移动，这会大大减少相对于照射到材料上的阳光量产生的电能。
“Perovskites在预防重组时做得很好，”阿贡的雷·奥斯本说。“我们想知道是什么机制导致了这种情况，以及我们是否可以从中学习，以制造更好的太阳能电池。”
研究小组研究了一种最简单的钙钛矿——铯、铅和溴的化合物(CsPbBr)3.)--弄清楚原子尺度上发生了什么。
利用Argonne磁性材料小组的x射线散射能力，该小组在实验室的先进光子源(能源部科学用户设施办公室)上捕获了钙钛矿欧洲杯足球竞彩晶体中原子在不同温度下的平均位置。欧洲杯线上买球他们发现，每个铅原子及其周围的溴原子笼形成了具有分子性质的刚性单元。这些单位以类似液体的方式振荡——或来回摆动。
“这种材料中的分子围绕着其他分子旋转，就像它们是铰接在一起的，在铰链周围，分子表现得有点松散，”Delaire说。
一种解释钙钛矿如何抵抗复合的理论是，晶格或晶体结构的这些扭曲，在自由电子穿过材料时跟随它们。电子可能会使晶格变形，引起类似液体的扰动，从而阻止它们落回它们的主原子。这一理论得到了新的实验结果的支持，可以为如何设计最佳的钙钛矿太阳能电池材料提供新的见解。欧洲杯足球竞彩
数据还表明，材料中的分子在二维平面内振荡，没有跨平面的运动——类似于狂欢节之旅，只从左向右摆动，从不前后摆动。晶体畸变的二维性质可能是解释钙钛矿如何阻止电子转移的又一个难题生态组合，有助于提高材料的效率。
根据奥斯本的说法，X射线散射数据中的二维模式从未见过。“基于这些意想不到的测量结果，我们想要进一步挖掘，不仅要研究原子的平均位置，还要研究原子如何实时移动，”他说。
为了直接研究原子的运动，研究小组使用了美国能源部橡树岭国家实验室科学用户办公室的散裂中子源的中子散射能力。阿贡材料科学部和西北大学的研究人员培育了中子源所需的厘米级大晶体测量。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
中子散射证实了x射线散射实验中未预见到的模式，但同时也表明，分子在二维空间中振荡几乎不需要任何能量。这有助于解释为什么激发态电子能如此容易地使晶格变形。
“这项工作是中子和x射线互补性的一个美丽例子，揭示了复杂材料的结构和动力学，”欧洲杯足球竞彩参与这两组测量的奥斯本说。
这项研究是朝着充分利用太阳能这一尚未开发的可再生能源迈出的一步，它可能对环境和经济产生重大影响。
一篇关于这项研究的论文，“CsPbBr中软钙钛矿晶格的二维过阻尼涨落3.,"发表于天然材料欧洲杯足球竞彩2021年3月15日。支持该实验的计算研究在位于伯克利国家实验室的国家能源研究科学计算中心进行。
这项研究由美国能源部基础能源科学办公室、材料科学和工程部资助。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
来源:https://www.anl.gov/