科学家开发混合材料高分辨分析的创新技术

为了更好地研究能激发太阳能电池产业前景的材料，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员开发了一种分析材料分子尺度结构的新方法。

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有机卤化铅钙钛矿的示意图，显示随机卤化物位置（左）相对于有序卤化物位置的扭曲（右）。伯克利实验室的研究表明，这些材料在所有碘化物/溴化物组分中都存在热致扭曲现象，这些扭曲对钙钛矿型太阳能电池性能有重大影响。（编辑：Walter Drisdell /伯克利实验室）

通过先进的X射线光谱测量和基于基本的“第一原则”的理论计算相结合，研究人员获得了有机卤化铅钙钛矿结构不容易实现与现有技术的原子尺度的观点。

他们采取的方法可以很好地与结构无序材料如卤化物钙钛矿，这引起了强烈的兴趣，因为在太阳能电池产业在过去几年中快速增长的光伏效率。对钙钛矿结构将帮助研究人员确定如何最大限度地发挥材料的太阳能电池的效率。

卤化物，如碘化物或溴化物，以不同的比例混合，以调节材料中的性质，如带隙，决定太阳吸收效率。但这样做会造成结构紊乱，难以使用传统的成像方法。

“大多数的成像技术不多的无序结构的决心，”Walter Drisdell说，在伯克利实验室工作的科学家的化学科学部。“X射线吸收光谱法具有高分辨率的探测能力，因为它在铅中心周围的非常局部的结构和化学环境中，而不受长程无序的干扰。”

研究人员在斯坦福同步辐射光源采用先进的X射线光谱技术（SSRL）在美国能源部SLAC国家加速器实验室。他们把他们的结果与伯克利实验室的分子铸造所做的理论工作结合起来，在那里他们解释了数据来理解材料的结构细节。

“通过耦合到第一原理计算，我们发现热运动，特别是倾斜的卤化铅体，这些材料是非常重要的，”Drisdell说。倾斜增加了带隙比我们预测的一个有序的结构显着。在此之前，人们对这些混合材料的局部结构知之甚少，以及这种结构如何影响高效太阳能器件重要的大型性能。我们认为这项工作是一个里程碑，使在理解钙钛矿光伏材料的重大进展。

这项工作，通过人工光合作用联合中心资助，揭示了光伏材料中的化学结构和动力学，并可能导致改进的设计，最大限度地提高太阳能转换。JCap这个能源创新中心由美国能源部科学办公室支持。分子铸造SSRL是科学用户设施能源部办公室。

关于劳伦斯伯克利国家实验室

劳伦斯伯克利国家实验室通过推进可持续能源、保护人类健康、创造新材料、揭示宇宙的起源和命运，来应对世界上最紧迫的科学挑战。伯克利实验室于1931成立，其科学专长已获13项诺贝尔奖。加利福尼亚大学为美国能源部的科学办公室管理伯克利实验室。