扭曲，柔性晶体键到先进的新太阳能电池

这些卤化物佩罗夫斯库特如何创造和运输电力的关键贡献者在八面体原子晶格曲折的方式上铰接并以铰链式的方式转动。

研究人员展示了哈利德普罗脂的形状和运动如何创造了可取的可再生能源属性。

杜克大学的研究人员揭示了长隐患的分子动力学，为太阳能和热能应用提供了理想的性能，以令人兴奋的含卤化术级别的材料。

这些材料如何创造和运输电力的主要贡献者在他们的原子晶格曲折的方式上铰接，并以铰链式的方式转动。结果将帮助资料科学家们寻求以环保方式定制这些材料的化学品食谱，以环保方式为广泛的应用。

结果今天在线出现在线（3月15日，2021年）在杂志自然材料中。

“对光伏，热电，光电辐射检测和排放等能源应用，整个领域的能源应用具有广泛的兴趣 - 整个领域是令人难以置信的活跃，”杜克机械工程与材料科学副教授的Olivier Delaire表示。“虽然我们了解这些材料的柔软性对他们的电子特性很重要，但没有人真正知道我们如何揭开这些特征的原子动作。”

Perovskites是一类材料，即 - 具有元素的右组合 - 生长成晶体结构，使它们特别适合能源应用。他们吸收光线和能量的能力有效地使它们成为开发新型太阳能电池的研究人员的共同目标。它们也很柔软，就像如何容易地弯曲的纯金，这使得能够容忍缺陷并在制成薄膜时避免开裂。

然而，一种尺寸不适合所有，因为存在可以形成钙钛矿的各种潜在食谱。许多最简单和最重要的食谱包括卤素 - 例如氯，氟或溴 - 给他们名称卤化物Perovskites。在Perovskites的结晶结构中，这些卤化物是将八面体晶体基序相邻的关节。

虽然研究人员所知，这些枢轴点对于创造佩罗夫斯基特的属性至关重要，但没有人能够掌握它们允许它们周围的结构动态扭曲，转动和弯曲而不会破碎，就像巨大的模具剧烈摇动。

“这些结构动作难以在实验上放下。选择技术是中子散射，具有巨大的仪器和数据分析努力，很少有群体对奥利维尔和他的同事的技术具有指挥，“Volker Blum，Duke（Duke）的机械工程和材料科学教授Perovskites的理论建模，但没有参与这项研究。“这意味着它们能够揭示诸如无法访问的基本植物中的材料特性的基础。”

在研究中，来自Argonne国家实验室的Delaire及其同事，橡树岭国家实验室，国家科学技术研究所和西北大学，揭示了第一次结构简单，常见的卤化物钙钛矿（CSPBBR3）的重要分子动态。

研究人员从卤化物钙钛矿的大，厘米级，单晶，令人难以置信的是，这一规模难以增长 - 这一重大原因是这种动态研究之前尚未实现。然后，它们在奥克岭国家实验室和阿尔冈国家实验室的X射线上将晶体与中子进行了中子。通过测量中子和X射线如何在许多角度和不同的时间间隔上脱离晶体，研究人员嘲笑其组成原子随时间移动的方式。

在确认他们对计算机模拟的测量的解释之后，研究人员发现了晶体网络实际上的有效程度。通过溴原子彼此连接的八面八面体图案在板状畴中串联，并以非常流体的方式持续弯曲。

“由于原子的方式与八面体图案分享溴原子作为关节的原子，它们可以自由地具有这些旋转和弯曲，”Delaire说。“但我们发现这些卤化物佩洛斯库特特别比其他食谱更像”软盘“。它们而不是立即弹回形状，它们返回非常缓慢，几乎更像jell-o或液体而不是传统的坚实晶体。“

Delaire解释说，这种自由敏锐的分子跳舞对于了解卤化物Perovskites的许多理想性质非常重要。他们的“淡淡的'停止电子将进入光子撞击的孔中的孔中，这有助于他们从阳光下发电。并且它也可能使热能难以穿过晶体结构的热能，这使得它们通过材料的一侧比另一侧具有远离材料的热量产生电力。

由于研究中使用的钙钛矿 - CSPBBR3 - 拥有最简单的食谱之一，但已经包含这些化合物的广泛家族共同的结构特征，Delaire认为这些发现可能适用于大量的卤化物钙锌矿。例如，他引用杂种有机无机钙酸盐（河边），其具有更加复杂的食谱，以及更环保的无铅双钙钛矿变体。

“本研究表明，即使在最简单的情况下，这种佩洛夫斯库特框架也是特别的，”Delaire说。“这些调查结果很可能延伸到更复杂的食谱，全世界许多科学家目前正在研究。随着他们屏幕庞大的计算数据库，我们未发现的动态可以帮助决定哪个佩洛斯库特追求。“

参考：“CSPBBR3中的软钙钛矿晶格的二维覆盖波动”由T.Lanigan-Atkinsy，X. Hey，M. J. Krogstad，D. M.Pajerowski，D. L. Abernathy，广东NMN徐，Zhijun Xu，4 D.-Y. Chung，M.G.Kanatzidis，S. Rosenkranz，R. Osborn和O. Delaire，2021年3月15日，自然材料.DOI：
10.1038 / s41563-021-00947-y

该研究得到了能源部（DE-SC0019299，DE-SC0019978，DE-AC02-05CH11231）支持。