太陽(yáng)每小時(shí)向地球輸送的能量比人類全年消耗的還要多。世界各地的科學(xué)家都在尋找一種材料，可以成本有效地捕獲這種無(wú)碳能源，并將其轉(zhuǎn)化為電能。

　　鈣鈦礦是一種具有獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的材料，它可以取代目前的太陽(yáng)能收集材料。它們比目前用于太陽(yáng)能電池的材料更便宜，而且擁有更卓越的光伏特性，使它們能夠非常有效地將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。

　　揭示鈣鈦礦在原子尺度上的性質(zhì)對(duì)于理解它們有前途的能力至關(guān)重要。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助模型確定用于太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦材料的最佳組成。

　　美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、杜克大學(xué)、橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，利用世界級(jí)的阿貢x射線散射設(shè)備和橡樹嶺中子散射設(shè)備，在原子尺度上研究鈣鈦礦材料的內(nèi)部工作原理。

　　當(dāng)光照射到光伏材料上時(shí)，它會(huì)激發(fā)電子，促使它們從原子中跳出，在材料中穿行，從而導(dǎo)電。一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是，被激發(fā)的電子可以與原子重新結(jié)合，而不是通過(guò)材料，這導(dǎo)致產(chǎn)生的電量顯著減少。

　　鈣鈦礦不同。利用阿貢實(shí)驗(yàn)室磁性材料小組的束線(6-ID-D)的x射線散射能力，該小組捕獲了鈣鈦礦晶體中原子在不同溫度下的平均位置。他們發(fā)現(xiàn)，每個(gè)鉛原子及其周圍的溴原子籠形成了像分子一樣的剛性單位。這些單位以類似液體的方式來(lái)回?cái)[動(dòng)。

　　一種解釋鈣鈦礦抵抗重組的理論是，當(dāng)自由電子在材料中穿行時(shí)，晶格或晶體結(jié)構(gòu)中的這些扭曲會(huì)跟隨它們。電子可能會(huì)使晶格變形，引起類似液體的擾動(dòng)，從而防止它們跌落到它們的主原子中。這一理論得到了新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，可以為如何設(shè)計(jì)最優(yōu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料提供新的見(jiàn)解。

　　這些數(shù)據(jù)還表明，材料中的分子只在二維平面內(nèi)振蕩，而沒(méi)有在平面上運(yùn)動(dòng)。晶體扭曲的二維性質(zhì)可能是解釋鈣鈦礦如何阻止電子復(fù)合的另一塊拼圖，有助于提高材料的效率。