隨著我們對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的了解不斷加深，科學(xué)家們正在越來(lái)越深入地研究材料，以觀察其結(jié)構(gòu)、電子流過(guò)它的方式以及任何限制性能的障礙。

材料中的缺陷，特別是晶粒之間的邊界處，已被證明會(huì)引起問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在暴露于紫外線或濕氣時(shí)迅速降解。在為解決這個(gè)問(wèn)題而提出的許多方法中，用氯摻雜電池已顯示出顯著的改進(jìn)。

然而，科學(xué)家們一直在努力解釋為什么氯會(huì)產(chǎn)生這些影響，或者它在沉積后是否仍然存在于材料中。這是沖繩科學(xué)技術(shù)研究所（OIST）領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家的起點(diǎn)。“研究界不知道為什么他們會(huì)看到這些改進(jìn)，”O(jiān)IST科學(xué)家AfshanJamshaid解釋說(shuō)。“一旦添加，研究人員就無(wú)法追蹤氯——他們無(wú)法判斷氯是否深入鈣鈦礦材料，留在表面，甚至在制造過(guò)程中離開(kāi)材料。”

確認(rèn)氯

為了提供一個(gè)明確的答案，Jamshaid和該小組著手制造摻氯鈣鈦礦太陽(yáng)能薄膜，并在原子水平上窺探其結(jié)構(gòu)，以確認(rèn)是否存在氯。使用一種稱為掃描隧道顯微鏡的成像技術(shù)，他們觀察到薄膜表面的暗凹陷，這在沒(méi)有摻雜氯的樣品中是不存在的。

薄膜表面較暗的斑點(diǎn)被證實(shí)是氯原子。

然后他們能夠計(jì)算出（在中國(guó)蘇州大學(xué)合作者的幫助下）這些黑斑是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中氯取代碘的斑點(diǎn)。由于晶界處似乎存在更多的氯，他們現(xiàn)在懷疑氯有助于減少材料表面缺陷的數(shù)量，增加其穩(wěn)定性。他們的工作在發(fā)表在能源與環(huán)境科學(xué)上的論文《原子尺度洞察通過(guò)氯化鉛的受控沉積增強(qiáng)甲基銨碘化鉛鈣鈦礦的表面穩(wěn)定性》中得到了完整的描述。

專注

該小組還試驗(yàn)了不同的沉積時(shí)間，以改變材料中氯的最終濃度。通過(guò)這一點(diǎn)，他們能夠聲稱14.8%代表了氯的理想表面濃度，以提高穩(wěn)定性。任何更低，改進(jìn)將不那么明顯，更高，氯將開(kāi)始徹底改變鈣鈦礦的其他特性。

他們計(jì)劃繼續(xù)研究氯如何作為鈣鈦礦的摻雜劑，下一步是創(chuàng)建基于氯摻雜鈣鈦礦層的完全可操作的太陽(yáng)能電池。“……像這樣的基礎(chǔ)研究非常重要——它們幫助設(shè)備工程師確定最優(yōu)化的制造過(guò)程，而無(wú)需過(guò)多的反復(fù)試驗(yàn)，”Jamshaid說(shuō)。“通過(guò)了解摻雜劑如何改進(jìn)材料，它還可以指導(dǎo)我們尋找可能效果更好的新化學(xué)混合物。”