一种新材料可以使太阳能电池比今天的硅太阳能电池薄一千倍。这种材料是一种称为卤化物钙钛矿的混合有机-无机晶体。现在，一种新方法使科学家能够在材料从溶液中凝固成薄膜的同时观察材料结构和功能特性的变化。

当 X 射线探测材料的晶体结构时，激光检查它对光的反应。当在材料创建的关键时刻进行观察时，测量组合可以帮助科学家弄清楚其结构和功能之间的关系。

研究人员对钙钛矿材料感兴趣，因为它们具有出色的响应和控制光的能力。这些材料可以比硅更有效地吸收可见光。它们也较少受结构缺陷的影响。这使得它们有望用于发光二极管、检测器和激光器等设备。使用双 X 射线和激光光谱技术获得的知识有助于提高钙钛矿材料的性能。这种技术组合还可以让制造商自动实时监控材料合成以进行质量控制。

有机-无机卤化物钙钛矿由有机分子（如甲基铵）和无机金属卤化物（如碘化铅）组成。尽管具有潜力，但钙钛矿尚未商业化。这部分是由于缺乏高质量钙钛矿的可重复合成及其在操作条件下的长期稳定性。为了应对这些挑战，科学家们在能源部科学办公室用户设施 Advanced Light Source 使用了一个定制的分析室。

在该设施中，科学家们使用 X 射线散射来获取有关合成过程中钙钛矿演化的结构信息，以及基于激光的光谱学来测量光学特性。研究团队包括来自慕尼黑工业大学、劳伦斯伯克利国家实验室、瑞士洛桑联邦理工学院和宾夕法尼亚州立大学的科学家

同时的“裂屏”散射和光谱数据提供了结晶动力学的互补视图，揭示了光学响应的变化如何与材料结构的演变相关联。例如，在合成过程中，添加抗溶剂与宽而强的光致发光峰和多分散（非均匀）纳米晶体的快速形成相关。随后的结构重组为光学响应变化的机制提供了类似的线索。

研究人员发现该材料的结构演化分四个步骤进行：添加抗溶剂时纳米晶体成核、簇聚结、溶剂蒸发时的热分解以及在薄膜中形成立方晶体。未来对更复杂钙钛矿的研究将有助于优化材料以实现先进的光伏性能。