在歐洲XFEL研究設施，科學家首次利用全球最強大的X射線激光直接觀察到太陽能電池材料內部的原子級變形，這一突破性發現將為未來的太陽能技術帶來重大影響。這項研究由Johan Bielecki博士領導，他是歐洲XFEL單顆粒生物分子和集群/串行飛秒結晶學儀器（SPB/SFX）的科學家。研究團隊發現，這些微小的原子晶格變形是由所謂的電子-空穴對引起的，並在光電電子學以及一種特殊類型的太陽能電池中發揮著重要作用。Bielecki表示：「憑藉歐洲XFEL的X射線激光所產生的極快閃光，我們能夠可視化這種幾乎不易察覺的變化。」
根據研究團隊的說法，這一發現可能代表著在開發下一代太陽能電池和發光二極管的先進材料方面邁出了一大步。在光線照射到太陽能電池時，電子被激發，能夠在材料中自由移動並產生電力。在此過程中，電子留下了被稱為空穴的帶正電的空隙。這些空穴同樣具有移動性，電子和空穴都攜帶電荷。它們在運動時，會微妙地扭曲周圍的原子晶格。然而，這種變形曾經是無法檢測的，現在卻通過飛秒級X射線脈衝得以捕捉。影像顯示了電子-空穴對如何在超快時間尺度上與晶格相互作用。
研究人員進一步研究了一種由銫、鉛和溴組成的量子點（CsPbBr3），其直徑僅為百萬分之一毫米。這種量子點本質上是一種半導體顆粒，其行為只能通過量子力學來解釋。他們發現，當光照射到量子點時，會產生電子-空穴對，這些對隨即拉扯周圍的原子，形成晶格中的「凹陷」，產生一種被稱為激子-極化子（excitons-polaron）的狀態。這項技術的發展為未來的光電元件提供了新的可能性。
根據Max Planck物質結構與動力學研究所的Zhou Shen博士的說法，儘管晶格變形僅影響幾個原子，但對材料的光學和電子特性至關重要。他解釋道：「我們越了解這種變形，就越能開發出更優質的材料，例如更高效的顯示器或更強大的傳感器。」Bielecki補充道，檢測晶格變形需要極其精確的方法，該團隊在德國漢堡附近的Schenefeld利用歐洲XFEL達成了這一目標。
報導指出，這個世界上最大的X射線激光發出超短的高強度閃光，能夠在飛秒（十的負十五次方秒）內捕捉圖像。研究團隊將這一效應的直接觀察稱為科學上的傑作，強調了其在理解光與物質在最小尺度上如何相互作用的重要性。他們相信，這些數據對於未來的技術至關重要，包括超靈敏光檢測器、高級顯示器以及量子計算機的組件。Shen在新聞稿中表示：「我們在這裡展示的，是朝著具體控制這些效應邁出的第一步，這可能使我們能夠在未來開發出更強大和節能的光電元件。」該研究已發表在《ACS Nano》期刊上。
