校園生活：化學家解決鈣鈦礦不穩(wěn)定性的根源
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普林斯頓大學化學系的Cava研究小組的研究人員揭露了無機鈣鈦礦不穩(wěn)定性的原因，無機鈣鈦礦因其在生產高效太陽能電池方面的潛力而受到廣泛關注。
普林斯頓大學化學系的研究人員使用普林斯頓大學進行的單晶X射線衍射和布魯克海文國家實驗室的X射線對分布函數(shù)測量，發(fā)現(xiàn)鹵化鈣鈦礦銫碘化銫碘化鉛(CsPbI3)的熱力學不穩(wěn)定性是無機銫原子及其在晶體結構中的 “響尾蛇”行為。
X射線衍射清楚地表明了這一運動。
這項研究“ 通過溫度依賴性結構分析了解鹵化物鈣鈦礦CsPbI 3的不穩(wěn)定性”將在下周的《先進材料》雜志上發(fā)表。
Cava Group的博士后研究助理，論文的主要作者Daniel Straus解釋說，銫在溫度低于150 K時在結構中占據(jù)單個位置，但會“分裂”為溫度在175 K以上的兩個位置。參數(shù)，這表明銫科普航天在其碘配位多面體內的嘎嘎聲。
另外，結構中銫碘接觸的數(shù)量少和局部八面體形變的高度程度也導致不穩(wěn)定性。
在研究中，單晶測量表征了材料的平均結構。在布魯克黑文，X射線對分布函數(shù)使研究人員能夠確定單位晶格長度尺度上的結構行為。施特勞斯說，(晶胞是晶體中最小的重復單元。)正是在這個局部水平上，八面體的高度變形才變得明顯。
長期以來，CsPbI 3的室溫亞穩(wěn)態(tài)一直是一個已知因素，但以前沒有進行過解釋。
羅素·威爾曼·摩爾(Russell Wellman Moore)化學教授，合成與結構專家羅伯特·卡瓦(Robert Cava)表示：“找到研究界中如此眾多的人感興趣的問題的解釋非常棒，我們與Brookhaven的合作異常出色。”屬性表征。
“顯著”的效率
當前，在太陽能轉換應用中占主導地位的鹵化物鈣鈦礦是基于甲基銨碘化鉛，該有機無機混合材料已被并入太陽能電池，其認證效率為25.2%。這可以與商用硅太陽能電池的效率相媲美。盡管這種“顯著”的效率引起了人們的興趣，但甲基銨碘化鉛卻遭受了不穩(wěn)定的問題，這些問題被認為是由于有機陽離子的揮發(fā)性引起的。為了解決這個問題，研究人員試圖用揮發(fā)性較小的無機銫代替有機陽離子。
但是，與甲基銨碘化鉛不同，銫碘化銫的鈣鈦礦相在室溫下是亞穩(wěn)態(tài)的。
施特勞斯說：“如果您想用未經修飾的碘化銫銫來制造太陽能電池，將很難解決這個問題并穩(wěn)定這種材料?！?“您必須找到一種穩(wěn)定它的方法，該方法可以解決以下問題：該銫原子有點太小。人們嘗試了化學修飾CsPbI3的幾種方法，它們都可以正常工作。不用這種花哨的東西就可以用這種散裝材料制造太陽能電池。”
本文中的詳細結構信息提出了穩(wěn)定CsPbI 3鈣鈦礦相并由此提高鹵化物鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的方法。本文還揭示了耐受因子模型在預測鹵化物鈣鈦礦穩(wěn)定性方面的局限性。這些模型中的大多數(shù)目前預測CsPbI 3應該是穩(wěn)定的。
在布魯克海文實驗室
一種稱為對分布函數(shù)測量的技術，它描述原子之間的距離分布，幫助普林斯頓大學的研究人員進一步了解了不穩(wěn)定性。首席束線科學家Milinda Abeykoon使用國家同步加速器II上的Brookhaven的成對分布函數(shù)(PDF)束線，研究了熱力學不穩(wěn)定的CsPbI 3樣品，他從Cava實驗室獲得的樣品放在裝滿干冰的容器中的幾個密封玻璃毛細管中。
Abeykoon說，測量這些樣品具有挑戰(zhàn)性，因為一旦從干冰中取出，它們會迅速分解。
Abeykoon說：“由于PDF光束線上有非常明亮的X射線束和大面積檢測器，我能夠在300 K以下的多個溫度下對樣品進行降解，” “當X射線束從樣品上反彈時，它將產生材料原子排列的圖案特征。這使我們不僅可以看到原子尺度上正在發(fā)生的事情，而且還可以看到材料的一般行為一次測量?！?/p>
卡瓦稱贊他與布魯克海文(Brookhaven)已有45年的合作關系，這種關系始于他在那里完成博士學位的實驗。1970年代的論文。他說：“我們與布魯克海文進行了數(shù)次偉大的合作?！?/p>
