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钙钛矿太阳能优秀的秘密,科学家发现“量子滴”奇异状态

2024-11-24 204


科学家正持续深入探索钙钛矿材料的机制,好让他们能在太阳能、LED 领域大放光彩。最近加拿大科学家则发现钙钛矿意想不到的状态“量子滴(quantum drop)”,将有助推动材料的应用与发展。

钙钛矿是种半导体材料,拥有高效率、低成本太阳能电池以及 LED 应用前景,近年来颇受瞩目,而他也有一项特色,即使晶体存有缺陷,还是可以继续运作。通常在半导体制造,都需要严谨且昂贵的制程来打造无缺陷的晶体,才能让后续完工的半导体组件顺利运作,就好比硅晶太阳能需要真空与超过 1,000℃ 的高温制造环境。

麦基尔大学化学副教授 Patanjali Kambhampati 表示,这也是研究的伊始,探讨“有缺陷的材料如何完美工作”。最近又对钙钛矿材料有更深入了解,发现全新的物质状态。

过去研究人员透过状态解析激发探测光谱,溴化铯铅钙钛矿晶体发现类似量子限制(quantum confinement)的机制,意即奈米材料的尺寸愈小时,材料发光强度愈强,发光的波长愈短,但这通常只有在小至奈米颗粒才会看到,钙钛矿却明显大于量子点,还是有类似现象。

(Source:麦基尔大学)

这次团队再深入寻找背后秘密,发现钙钛矿虽然是种固体物质,实际上却有液态某些特质。之所以会将两个相对的形容为放到钙钛矿,麦基尔大学团队表示,钙钛矿原子晶格的结构促成这般对偶性,原子晶格遇到自由电子会变形,这也称为极化子形成(polaron formation),若要简单形容变形方式,团队举例“有如弹跳床”。

团队指出,当把重物丢到弹跳床中心,弹跳床会吸收这些能量,让重物逐渐不再弹跳、趋于静止,不过钙钛矿晶体的变形晶格结构正好相反,特殊的电子动力学让能量增加,因此才会有类似量子点的效果。Kambhampati 表示,通常极化子是将所有东西限制在界限分明的区域。如今可证明的是,极化子与机子混合成看似液态量子点的物质,或许可称之为“量子滴”。

团队希望量子滴研究能有助于人们更加了解缺陷容忍材料的运作。

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(首图来源:pixabay)

2021-05-31 19:15:00

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