为高效太阳能电池利用热载流子学术资讯

如何使太阳能材料更高效地利用太阳能？这是一个问题。

二维太阳能材料为人类从太阳光中获取更多能量提供了更好的选择。据ACS Nano杂志报道，沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）和美国佐治亚理工学院的研究人员证实，通过调整二维钙钛矿太阳能材料的结构，可以延长光照材料产生的高能热载流子的寿命，进而提高获取太阳能的效率。

由于成产成本远低于硅材料，有机-无机杂化钙钛矿成为极具吸引力的太阳能材料。然而，钙钛矿材料的长期稳定性还有所欠缺。Omar Mohammed和Osman Bakr研究小组成员Jun Yin说：“作为三维混合钙钛矿的替代品，二维混合钙钛矿具有更好的稳定性和防潮性。”KAUST博士后研究员Partha Maity补充说，即便如此，但材料中的热载流子的冷却问题还未得到深入研究。

热载流子的形成得益于太阳光极广的能量范围。入射光使电子进入激发态后，太阳能电池板就能捕获能量，即便是低能红光也能将电子激发成导电带。高能量的光可以产生超激发热载流子，其释放额外能量的速度比传统太阳能材料捕捉能量的速度快得多。因此，Mohammed等希望通过改变二维钙钛矿的有机成分来减缓热载流子的冷却，从而使它们所有的能量都能被捕获。

利用超快激光光谱技术，Mohammed团队对3种有机-碘化钙钛矿材料[乙醇胺（EA）-碘化钙钛矿、氨基丙醇（AP）-碘化钙钛矿和苯乙胺（PEA）-碘化钙钛矿]进行了检测。Mohammed说：“超快光谱学是一种非常强大、便捷的工具。它可以直接跟踪热载流子的弛豫。由此，我们就能够实时获悉它们的超快动态。”

研究人员在3种材料中发现了显著差异。Yin说：“我们发现EA₂PbI₄单晶经历了一个慢得多的热载流子冷却过程。”在分子动力学模拟的协助下，研究人员发现了EA₂PbI₄抑制热载流子向周围结构耗散能量的机制。

Mohammed说：“我们从这项研究中发现了减缓二维钙钛矿热载流子冷却的动力学信息。接下来，我们将重点研究如何在太阳能电池结构中提取这些载流子，并分析它们对整体转换效率的贡献度。”

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《ACS Nano》

期刊编号：1936-0851

原文链接：

https://phys.org/news/2019-12-harnessing-hot-carriers-high-efficiency.html