光電材料技術突破可能帶來更便宜和高效的能源

通過在光物理學實驗中使用雷射光譜學,克萊姆森大學的研究人員取得了新的突破,這可能會帶來更快、更便宜的能源來驅動電子器件。這種使用溶液處理過的過氧化物的新方法,旨在徹底改變各種日常物品,如太陽能電池、LED、智慧型手機和計算機晶片的光電探測器。

光電材料技術突破可能帶來更便宜和高效的能源

溶液加工的過氧化物是下一代材料,可用於屋頂的太陽能電池板、醫療診斷的X射線探測器和日常生活照明的LED。

該研究小組包括一對研究生和一名本科生,他們由理學院物理和天文學系的量子設備超快光物理學(UPQD)小組的組長高建波指導。

這項合作研究於3月12日發表在高影響力的《自然-通訊》雜誌上。這篇文章的題目是 “以超快的時間和超高的能量解析度對有機金屬鹵化物過氧化物薄膜中的被困載流子進行原位觀測”。

“過氧化物材料是為太陽能電池和LED等光學應用而設計的,”該研究文章的第一作者、研究生Kobbekaduwa說。”它很重要,因為與目前的矽基太陽能電池相比,它的合成要容易得多。這可以通過溶液處理來完成–而在矽中,你必須有不同的方法,這些方法更加昂貴和耗時。”

這項研究的目標是製造出更有效、更便宜、更容易生產的材料。

高氏團隊使用的獨特方法:採用超快的光電流光譜,這可以比大多數方法有更高的時間解析度,以確定被困載流子的物理學特性。在這門學科里,以皮秒為單位測量數據是經常性的,也就是一萬億分之一秒。

“我們使用這種(過氧化物)材料製造設備,使用雷射對其進行照射並激發材料內的電子,”Kobbekaduwa說。”然後通過使用一個外部電場來產生一個光電流。通過測量該光電流,我們實際上可以告訴人們這種材料的特性。在我們的案例中,我們定義了一個陷落狀態,這是材料中的缺陷,會影響我們得到的電流。”

一旦定義了物理學特性,研究人員就可以確定缺陷,也就是最終在材料中產生低效率的原因。當缺陷被減少或鈍化時,便可以帶來效率的提高,這對太陽能電池和其他設備至關重要。

由於材料是通過旋塗或噴墨列印等溶液工藝產生的,引入缺陷的可能性會由此增加。低溫工藝比產生純淨材料的超高溫方法更便宜。但代價是材料中的缺陷更多。在這兩種技術之間取得平衡,可以意味著以較低的成本獲得更高的質量和更有效的設備。

通過向材料發射雷射來測試襯底樣品,以確定信號如何在其中傳播。使用雷射照亮樣品並收集電流使這項工作成為可能,並使其與其他不使用電場的實驗有所區別。

“UPQD小組的Adhikari說:”通過分析該電流,我們能夠看到電子如何移動以及它們如何從缺陷中出來。”這是有可能的,因為我們的技術涉及超快的時間尺度和電場下的原位設備。一旦電子落入缺陷,那些使用其他技術進行實驗的人無法將其取出。但我們可以把它取出來,因為我們有電場。電子在電場下有電荷,它們可以從一個地方移動到另一個地方。我們能夠分析它們在材料內部從一個點到另一個點的傳輸。”

這種傳輸和材料缺陷對它的影響會影響到這些材料的性能和它們所使用的設備。這都是學生們在導師的指導下進行的重要發現的一部分,創造出的進展將帶來下一個偉大的突破。

來源:cnBeta