在被稱為鈣鈦礦的材料中，最令人興奮的是一種材料，它可以像今天的商業硅太陽能電池一樣有效地將陽光轉化為電能，并且有可能變得更便宜和更容易制造。

只有一個問題：在這種材料所能采取的四種可能的原子構型或相中，有三種是有效的，但在室溫和普通環境中是不穩定的，它們很快就會恢復到第四相，這對太陽能應用完全沒有用。

現在，斯坦福大學和美國能源部SLAC國家加速器實驗室的科學家們找到了一個新的解決方案：簡單地將無用的材料放在金剛石砧槽中，在高溫下擠壓。這種處理方法使它的原子結構變成一種有效的結構，并使它保持這種狀態，即使在室溫和相對潮濕的空氣中也是如此。

研究人員在《自然》雜志上描述了他們的研究成果。

斯坦福材料與能源科學研究所（SIMES）研究員、SLAC工作人員于林（yulin）說：“這是第一個利用壓力來控制這種穩定性的研究，它確實開辟了很多可能性。既然我們已經找到了制備這種材料的最佳方法，有可能將其擴大到工業生產，并使用同樣的方法來操縱其他鈣鈦礦相。”

尋求穩定

鈣鈦礦的名字來源于一種具有相同原子結構的天然礦物。在這種情況下，科學家們研究了一種由碘、鉛和銫組成的鹵化鉛鈣鈦礦。

這種材料的一個階段，稱為黃色階段，沒有一個真正的鈣鈦礦結構，不能用于太陽能電池。然而，科學家們不久前發現，如果你用某種方法處理它，它會變成一種黑色鈣鈦礦相，這種黑色鈣鈦礦相在將陽光轉化為電能方面非常有效。這使得它備受追捧，成為許多研究的焦點，斯坦福大學教授、研究合著者溫迪?毛（WendyMao）說。

不幸的是，這些黑相在結構上也是不穩定的，往往很快就會坍縮回到無用的狀態。另外，它們只能在高溫下高效工作，毛教授說，研究人員必須克服這兩個問題，才能在實際設備中使用。

以前曾有人試圖用化學、應變或溫度來穩定黑相，但只是在沒有水分的環境中，而這種環境并不能反映太陽能電池的實際運行條件。這項研究結合了壓力和溫度在更現實的工作環境。

壓力和熱量起作用

林教授和博士后研究員馮克與斯坦福大學研究小組的同事們合作，設計了一個裝置，黃色相的晶體被擠壓在鉆石的尖端之間，這就是所謂的鉆石砧細胞。在壓力不變的情況下，晶體被加熱到450攝氏度，然后冷卻。

科學家們說，在適當的壓力和溫度組合下，晶體從黃色變為黑色，并在壓力釋放后保持在黑色階段。它們能抵抗潮濕空氣的變質，在室溫下保持穩定和有效10至30天或更長時間。

用X射線和其他技術進行的檢查證實了材料晶體結構的變化，SIMES理論家賈春晶和Thomas-Devereaux的計算提供了壓力如何改變結構和保持黑相的見解。

林說，使晶體變黑并保持這種狀態所需的壓力大約是大氣壓的1000到6000倍，約為人造金剛石行業常用壓力的十分之一。因此，進一步研究的目標之一將是將研究人員從鉆石砧細胞實驗中學到的知識轉移到工業上，并擴大工藝規模，使其進入制造領域。