Исследователи Бразильского центра исследований энергетики и материалов (CNPEM) в Кампинасе создали для ускорителя Sirius установку, которая одновременно измеряет работу солнечного элемента и отслеживает изменения в его материале с помощью рентгеновских методов. О демонстрационном опыте FAPESP сообщило 5 ноября 2026 года. Описание установки опубликовано в журнале Photon Science, DOI: 10.1021/photonsci.6c00013.

Солнечный элемент помещают в небольшую герметичную камеру. Внутри можно менять температуру, освещение, влажность и состав атмосферы, а сам элемент подключать к электрической цепи. Благодаря этому исследователи сопоставляют электрические показатели устройства с изменениями его состава и структуры.

Что показывают рентгеновские измерения

В демонстрационном опыте команда получила вольт-амперные характеристики элемента и проследила его реакцию на включение и выключение света. Одновременно рентгеновские методы показали разные свойства одного и того же участка материала: дифракция раскрыла кристаллическую структуру, флуоресценция показала распределение химических элементов, а спектроскопия поглощения помогла изучить химическое состояние атомов и их окружение.

В перовскитном элементе исследователи проследили распределение йода и свинца. Дифракционные измерения позволили увидеть отдельные зёрна перовскита размером около 2 мкм, оценить их ориентацию и определить параметры кристаллической решётки. При повышении температуры с 40 до 65 °C параметр решётки увеличился, как и ожидали исследователи.

Представим условный случай: после нагрева ток элемента снизился. Электрическое измерение зафиксирует это падение, а рентгеновские данные помогут проверить, изменились ли в тот же момент распределение химических элементов или кристаллическая структура. Такое совпадение указывает на возможную связь между работой устройства и изменениями материала, но само по себе не доказывает, что именно они вызвали снижение тока.

Как установка удерживает образец

Чтобы многократно исследовать один и тот же участок, образец должен почти не двигаться. Пучок на линии Carnaúba имеет ширину около 200 нм, поэтому даже небольшое смещение способно вывести выбранную область из поля наблюдения.

Солнечный элемент размещают на стеклянной подложке с прозрачным проводящим слоем из оксида индия-олова. На другой стороне стекла находятся платиновый нагреватель и отдельный датчик температуры. Нагрев охватывает участок размером 3 × 3 мм. При 150 °C разница температур внутри этой зоны составляла 0,85 °C. Во время повторных циклов от 30 до 150 °C, продолжавшихся около 20 часов, образец сместился по вертикали на 5 мкм, а по горизонтали примерно на 1 мкм. После возвращения к исходной температуре он практически занял прежнее положение.

В камеру можно подавать газы и контролировать влажность. Освещение пока ограничивает геометрия установки: при боковом расположении, которое оставляет рентгеновскому пучку свободный путь, элемент получает около 30% эталонного солнечного излучения. Если направить светодиод прямо на элемент, освещённость может достигнуть примерно 100 мВт/см², но такое положение перекрывает некоторые направления рентгеновской съёмки.

Установка доступна исследователям как многопользовательское оборудование. Её оптимизировали для перовскитных солнечных элементов, но она подходит и для других устройств на стеклянной подложке, в том числе органических солнечных элементов и светодиодов. Подробности работы установки описаны в материалах о подготовке научных статей.

Схема показывает, как камера задаёт условия для солнечного элемента, а электрические и рентгеновские измерения фиксируют его работу и свойства материала.

Фото: Los Muertos Crew / Pexels