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用于制造它們的鉛鹽比晶體硅豐富得多，生產(chǎn)成本也低得多，而且它們可以在液體墨水中制備，只需打印就可以生產(chǎn)出材料的薄膜。它們還顯示出其他光電應(yīng)用的巨大潛力，如高能效的發(fā)光二極管（LED）和X射線探測器。
鈣鈦礦的令人印象深刻的性能是令人驚訝的。一個(gè)優(yōu)秀的半導(dǎo)體的典型模型是一個(gè)非常有序的結(jié)構(gòu)，但不同的化學(xué)元素在包晶石中的組合陣列創(chuàng)造了一個(gè)更加“混亂”的景觀。
這種異質(zhì)性造成了材料中的缺陷，導(dǎo)致了納米級(jí)的"陷阱"，從而降低了設(shè)備的光電性能。但是，盡管存在這些缺陷，鈣鈦礦材料仍然顯示出與其硅替代品相當(dāng)?shù)男仕健?br />
事實(shí)上，該小組的早期研究表明，無序結(jié)構(gòu)實(shí)際上可以提高鈣鈦礦光電子學(xué)的性能，他們的最新工作試圖解釋原因。結(jié)合一系列新的顯微鏡技術(shù)，該小組展示了這些材料的納米級(jí)化學(xué)、結(jié)構(gòu)和光電景觀的完整畫面，揭示了這些競爭因素之間復(fù)雜的相互作用，并最終顯示出哪種因素處于領(lǐng)先地位。
“我們發(fā)現(xiàn)，化學(xué)無序--在這種情況下的'好'無序--通過將電荷載流子從這些陷阱中漏出，減輕了缺陷帶來的'壞'無序，否則它們可能會(huì)被卷入。”
通過與劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室、位于迪德科特的鉆石光源同步輻射設(shè)施和日本沖繩科學(xué)技術(shù)研究所合作，研究人員使用了幾種不同的顯微鏡技術(shù)來觀察過氧化物薄膜中的相同區(qū)域。然后，他們可以比較所有這些方法的結(jié)果，以展示這些有前途的新材料在納米級(jí)發(fā)生了什么的全貌。
“我們的想法是做一個(gè)叫做多模態(tài)顯微鏡的東西，這是一種非?；ㄉ诘恼f法，即我們用多個(gè)不同的顯微鏡觀察樣品的同一區(qū)域，并基本上嘗試將我們從一個(gè)顯微鏡中提取的特性與我們從另一個(gè)顯微鏡中提取的特性聯(lián)系起來，”Frohna說。“這些實(shí)驗(yàn)是耗時(shí)和資源密集型的，但就你能得到的信息而言，你得到的回報(bào)是非常好的。”
這些發(fā)現(xiàn)將使該小組和該領(lǐng)域的其他人能夠進(jìn)一步完善鈣鈦礦太陽能電池的制造方式，以實(shí)現(xiàn)效率最大化。
“長期以來，人們一直在拋出缺陷容忍這個(gè)詞，但這是第一次有人正確地將其可視化，以掌握這些材料中缺陷容忍的實(shí)際含義。”
"知道這兩種相互競爭的無序是相互作用的，我們可以考慮如何有效地調(diào)節(jié)其中一種，以最有利的方式減輕另一種的影響。"
“我們已經(jīng)可視化并給出了為什么我們可以稱這些材料為缺陷容忍性的理由。這種方法使得在納米尺度上優(yōu)化它們的新途徑成為可能，最終為目標(biāo)應(yīng)用提供更好的性能?，F(xiàn)在，我們可以看看其他類型的鈣鈦礦它們不僅適合于太陽能電池，也適合于LED或探測器，并了解它們的工作原理。”
“更重要的是，我們在這項(xiàng)工作中開發(fā)的這套采集工具可以擴(kuò)展到研究任何其他光電材料，這可能是更廣泛的材料科學(xué)界非常感興趣的事情。”
劍橋大學(xué)化學(xué)工程和生物技術(shù)系能源專業(yè)助理教授Sam Stranks說：“通過這些可視化，我們現(xiàn)在更好地了解這些迷人的半導(dǎo)體中的納米級(jí)景觀--好的、壞的和丑的。”
“這些結(jié)果解釋了該領(lǐng)域?qū)@些材料的經(jīng)驗(yàn)性優(yōu)化是如何推動(dòng)這些混合成分的鈣鈦礦達(dá)到如此高的性能。但它也揭示了可能具有類似屬性的新半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)藍(lán)圖--在那里，無序可以被利用來定制性能。”
原標(biāo)題：高性能的新型太陽能電池之謎被揭開 其清晰度令人震驚
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