盡管有潛力利用太陽的能量為世界供電，太陽是最豐富的可再生能源，但目前僅約1%的世界能源生產(chǎn)是通過太陽能電池技術(shù)實現(xiàn)的。這是因為太陽能電池的生產(chǎn)成本高昂，并且隨著時間的流逝會降低效率。

因此，科學(xué)家繼續(xù)尋找可以克服這些缺陷的新型太陽能電池材料。最有前途的一種是2009年發(fā)現(xiàn)的一類材料：有機-無機鈣鈦礦雜化材料或HOIPs。

與傳統(tǒng)的硅基電池相比，這些材料極其輕巧，柔性好，生產(chǎn)成本低廉。將太陽能從太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率達(dá)到22%(或更高)，它們已接近硅電池25%的能量產(chǎn)生效率。HOIP的獨特之處還在于，它們可以作為薄薄的噴涂層或涂料層應(yīng)用到表面上，當(dāng)電氣連接時，可以在各種設(shè)置和應(yīng)用中使用，從屋頂?shù)杰囕v再到背包。

但是-總是有一個“ but”-HOIP有點不穩(wěn)定，因為它們的質(zhì)量相當(dāng)快地下降，并且特別容易受到溫度變化的影響。這是因為這些材料的原子結(jié)構(gòu)會隨溫度變化而改變，并且只有特定類型的分子結(jié)構(gòu)才能用作太陽能電池-具有從太陽中捕獲能量并將其轉(zhuǎn)化為電能的能力。

但是，弗吉尼亞大學(xué)的科學(xué)家和工程師與NIST中子研究中心，橡樹嶺國家實驗室和康奈爾大學(xué)的同事們，在理解這些細(xì)胞在各種“結(jié)構(gòu)”中如何工作的基本物理學(xué)方面取得了新進(jìn)展。相變。”

他們在10月21日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一篇論文中詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)，他們確定了結(jié)構(gòu)中的有機分子如何在相變的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。

通過使用中子散射實驗和計算機模擬對材料進(jìn)行微觀探測，他們發(fā)現(xiàn)了在溫度變化期間顯著擴展太陽能電池所需結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定范圍的方法。該結(jié)果可能會加速設(shè)計在寬溫度范圍內(nèi)高效且穩(wěn)定，同時保持廉價生產(chǎn)的太陽能電池材料的設(shè)計過程，從而可能徹底改變太陽能電池技術(shù)。

UVA物理學(xué)家Seung-Hun Lee與同事UVA化學(xué)工程師Joshua J. Choi共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，他說：“這為釋放基于HOIP的太陽能電池在實際應(yīng)用中的全部潛力提供了新的機會。”

在分子水平上的物理洞察力使研究人員能夠穩(wěn)定材料在各種結(jié)構(gòu)相中的特性。

Choi說：“在更寬的溫度范圍內(nèi)提高的穩(wěn)定性將使HOIP太陽能電池的應(yīng)用成為可能，即使在極端條件下，例如在較冷環(huán)境下運行的航天器和飛機上也是如此。”

HOIP可能特別適用于需要輕質(zhì)太陽能電池材料的情況，例如為戰(zhàn)場上的步兵，背包客，自主或遠(yuǎn)程控制的高空無人機以及人造衛(wèi)星供電的電子設(shè)備供電。

Lee和Choi認(rèn)為，HOIP或這些材料的某些變體將在不久的將來以廉價墨水的形式出現(xiàn)，這些墨水可以印刷到紙或塑料卷上，然后用作各種個人電子用途的柔性輕質(zhì)太陽能電池。