劳伦斯·伯克利国家实验室
高级光源的一项新技术揭示了在一滴固化剂将液态前体溶液转化为钙钛矿太阳能材料之前、期间和之后的第二秒发生了什么(从左到右)
学分:伯克利实验室 一种叫做有机-无机卤化物钙钛矿的令人兴奋的新型太阳能材料有一天会帮助美国
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实现其太阳能雄心，并使电网脱碳
钙钛矿太阳能材料比硅薄一千倍，只需改变它们的成分组合，就能对不同颜色的太阳光谱做出响应
混合钙钛矿太阳能材料通常由有机分子如甲基铵和无机金属卤化物如碘化铅制成，对其分子结构中的缺陷具有很高的耐受性，并且比太阳能工业的标准硅更有效地吸收可见光
总之，这些特性使钙钛矿不仅在光电技术(将光转化为电的技术)中，而且在其他类型的响应或控制光的电子设备(包括发光二极管、探测器和激光器)中，都是很有前途的活性层
劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的纳米科学用户设施“分子铸造厂”(Molecular Foundry)的科学家Carolin Sutter-Fella说:“虽然钙钛矿为大幅扩大太阳能发电提供了巨大的潜力，但它们尚未商业化，因为它们的可靠合成和长期稳定性长期以来一直在挑战科学家。”
“现在，完善钙钛矿的道路可能很快就能实现
" 最近由Sutter-Fella共同领导的Nature Communications研究报告称，一种复杂的新仪器可以帮助太阳能材料制造，该仪器使用两种类型的光——不可见的X射线光和可见的激光——来探测钙钛矿材料在合成时的晶体结构和光学特性
“当人们制作太阳能薄膜时，他们通常有一个专门的合成实验室，需要去另一个实验室对其进行表征
随着我们的发展，你可以在同一时间、同一地点完全合成和表征一种材料，”她说
学分:劳伦斯·伯克利国家实验室 为了这项工作，萨特-法勒召集了一个由顶尖科学家和工程师组成的国际团队，在伯克利实验室的高级光源(ALS)中为X射线束线终端站配备了激光器
这种新仪器的高强度x光光线使研究人员能够探测钙钛矿材料的晶体结构，并揭示快速化学过程的细节
例如，它可以用来表征在一滴固化剂将液体前体溶液转变成固体薄膜之前和之后的第二秒发生的事情
与此同时，它的激光可以用来在钙钛矿薄膜中产生电子和空穴(电荷载流子)，让科学家们能够观察到太阳能材料对光的反应，无论是作为成品还是在材料合成的中间阶段
“给X射线束线终端站配备一台激光器，使用户能够同时探测这些互补的特性，”萨特-法勒解释道
这种同时测量的组合可以成为自动工作流程的一部分，以实时监控钙钛矿和其他功能材料的生产，从而进行过程和质量控制
钙钛矿薄膜通常通过旋涂制成，旋涂是一种经济实惠的技术，不需要昂贵的设备或复杂的化学装置
当你考虑到将硅制造成太阳能设备是一件多么耗费能源的事情时，钙钛矿的情况就变得更加明朗了——硅需要大约2732华氏度的加工温度
相比之下，钙钛矿很容易在室温下从溶液加工到302华氏度
钙钛矿薄膜通常通过旋涂制成，旋涂是一种经济实惠的技术，不需要昂贵的设备或复杂的化学装置
信用:香巴拉维普拉塔普 束线终端站允许研究人员观察合成过程中发生的情况，特别是在旋涂的最初几秒钟，这是前体溶液开始缓慢固化成薄膜的关键时间窗口
第一作者香巴拉维·普拉塔普专门研究利用x光研究薄膜太阳能材料，作为als博士生，他在开发这种仪器的过程中发挥了关键作用
她最近完成了在慕尼黑技术大学穆勒-布施鲍姆小组的博士研究
普拉塔普说:“该仪器将允许研究人员记录通常被视为理所当然的小事如何对材料质量和性能产生重大影响。”
“要以低成本制造可再生的高效太阳能电池，一切都很重要，”萨特-费莱说
她补充说，这项研究是一个跨越广泛科学学科的团队努力
这部作品是萨特-法勒在2017年获得伯克利实验室早期职业实验室指导研发(LDRD)奖的一系列作品中的最新一章
她说:“我们知道研究界对在ALS中使用这一新功能很感兴趣。”
“现在我们想让它对用户友好，以便更多的人可以利用这个终端站
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