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據(jù)外媒報(bào)道，鈣鈦礦太陽能電池正在快速發(fā)展并吸引了科學(xué)家的興趣，他們不僅致力于提高性能而且想要更好地了解它們是如何提供如此難以置信的、不斷提高的效率。科學(xué)家們通過將他們的工具轉(zhuǎn)向鈣鈦礦晶體發(fā)現(xiàn)了代表一種全新物質(zhì)狀態(tài)的意想不到的行為。

鈣鈦礦太陽能電池能在科學(xué)圈引起如此大的興趣的原因之一是，盡管鈣鈦礦太陽能電池的晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，但它卻能提供相當(dāng)優(yōu)異的性能。雖然很多研究都在通過化學(xué)處理、分子膠甚至是少量辣椒化合物來修復(fù)這些缺陷以此來提高它們的效率，但事實(shí)仍是，這種材料是一種比它應(yīng)有的效率高得多的半導(dǎo)體。

麥吉爾大學(xué)化學(xué)系副教授、資深作者Patanjali Kambhampati表示：“歷史上，人們一直使用大塊半導(dǎo)體作為完美的晶體?，F(xiàn)在，突然之間，這種不完美的軟晶體開始在半導(dǎo)體應(yīng)用中工作，從光伏到LED。這是我們研究的起點(diǎn)：有缺陷的東西怎么可能以完美的方式工作?”

這項(xiàng)工作實(shí)際上是對(duì)之前研究的延續(xù)，之前的研究表明，鈣鈦礦可能看起來像固體物質(zhì)，但它們實(shí)際上具有一些液體的特征。這種二象性很大程度上歸因于原子晶格結(jié)構(gòu)，當(dāng)它遇到自由電子時(shí)就會(huì)變形，這種現(xiàn)象被稱為極化子形成現(xiàn)象。這就好比往蹦床中心扔一塊大石頭，蹦床會(huì)伸展和改變形狀。


當(dāng)石頭停止彈跳并靜置在其中心時(shí)，蹦床會(huì)逐漸消散這種能量，而鈣鈦礦晶體的變形原子晶格結(jié)構(gòu)則相反。該團(tuán)隊(duì)使用泵浦/探針光譜的形式研究了鈣鈦礦晶體的電子動(dòng)力學(xué)、觀察了這一過程并最終驚訝地發(fā)現(xiàn)變形后能量總體出現(xiàn)增加。

科學(xué)家們指出，這是鈣鈦礦晶體表現(xiàn)得像量子點(diǎn)的結(jié)果，這種晶體本身已經(jīng)顯示出改善太陽能電池技術(shù)的前景。這些微小的平面半導(dǎo)體晶體非常小，以至于它們以一種獨(dú)特的方式限制了電子的運(yùn)動(dòng)從而賦予了它們獨(dú)特的特性。

這種現(xiàn)象被叫做量子限制，以前只在幾納米大小的粒子中觀察到過。根據(jù)科學(xué)家們的說法，在鈣鈦礦晶體中發(fā)現(xiàn)了比這大得多的鈣鈦礦晶體，這意味著發(fā)現(xiàn)了一種新的物質(zhì)狀態(tài)。

“極化子所做的是把一切都限制在一個(gè)空間明確的區(qū)域內(nèi)，”Kambhampati說道，“我們小組能證明的一件事是極化子跟激子混合形成了看起來像量子點(diǎn)的東西。在某種意義上，它就像一個(gè)液體量子點(diǎn)，我們稱之為量子滴。我們希望對(duì)這些量子液滴行為的探索將有助于更好地理解如何設(shè)計(jì)出容錯(cuò)光電材料。” 

原標(biāo)題：物質(zhì)新狀態(tài)揭示鈣鈦礦太陽能電池秘密