地球は日光を無駄にしすぎました！ 米国の3つの主要機関が共同で、新しい光起電性材料の利点を研究および発見しています。

ペロブスカイトは、現在の太陽エネルギー収集材料に取って代わることができる、独特の結晶構造を持つ材料です。 現在太陽電池に使用されている材料よりも安価で、優れた光起電力特性を備えているため、太陽光を非常に効率的に電気に変換できます。

原子スケールでペロブスカイトの特性を明らかにすることは、それらの有望な能力を理解するために重要です。この発見は、モデルが太陽電池用のペロブスカイト材料の最適な組成を決定するのに役立ちます。

デューク大学のアルゴンヌ国立研究所とオークリッジ国立研究所の合同チームは、世界クラスのアルゴンヌX線散乱装置とオークリッジ中性子散乱装置を使用して、ペロブスカイト材料の内部構造を原子スケールで研究しました。

光起電性材料に光が当たると、電子が励起され、原子から飛び出して材料内を移動し、電気を伝導します。一般的な問題は、励起された電子が材料を通過する代わりに原子と再結合する可能性があることです。これにより、生成される電気の量が大幅に減少します。

ペロブスカイトは違います。アルゴンヌ研究所の磁性材料グループのビームライン（6-ID-D）のX線散乱機能を使用して、グループはさまざまな温度でのペロブスカイト結晶内の原子の平均位置をキャプチャしました。彼らは、各鉛原子とその周囲の臭素原子ケージが分子のような堅いユニットを形成していることを発見しました。これらのユニットは、液体のように前後に振動します。

再編成に対するペロブスカイトの耐性を説明する1つの理論は、自由電子が材料を通過するときに、結晶格子または結晶構造のこれらの歪みがそれに続くというものです。電子は結晶格子を変形させ、液体のような擾乱を引き起こし、それによって電子がそれらのホスト原子に落ちるのを防ぐ可能性があります。この理論は、新しい実験結果によって裏付けられており、最高のペロブスカイト太陽電池材料を設計する方法についての新しい洞察を提供することができます。

これらのデータは、材料内の分子が2次元平面内でのみ振動し、平面上を移動しないことも示しています。結晶歪みの2次元的な性質は、ペロブスカイトが電子的再結合を防ぎ、材料の効率を向上させる方法を説明するパズルのもう1つのピースかもしれません。