二維太陽能材料為人類從太陽光中獲取更多能量提供了更好的選擇。據ACS Nano雜誌報導，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）和美國喬治亞理工學院的研究人員證實，通過調整二維鈣鈦礦太陽能材料的結構，可以延長光照材料產生的高能熱載流子的壽命，進而提高獲取太陽能的效率。
由於成產成本遠低於矽材料，有機-無機雜化鈣鈦礦成為極具吸引力的太陽能材料。然而，鈣鈦礦材料的長期穩定性還有所欠缺。Omar Mohammed和Osman Bakr研究小組成員Jun Yin說：「作為三維混合鈣鈦礦的替代品，二維混合鈣鈦礦具有更好的穩定性和防潮性。」KAUST博士後研究員Partha Maity補充說，即便如此，但材料中的熱載流子的冷卻問題還未得到深入研究。
熱載流子的形成得益於太陽光極廣的能量範圍。入射光使電子進入激發態後，太陽能電池板就能捕獲能量，即便是低能紅光也能將電子激發成導電帶。高能量的光可以產生超激發熱載流子，其釋放額外能量的速度比傳統太陽能材料捕捉能量的速度快得多。因此，Mohammed等希望通過改變二維鈣鈦礦的有機成分來減緩熱載流子的冷卻，從而使它們所有的能量都能被捕獲。
利用超快雷射光譜技術，Mohammed團隊對3種有機-碘化鈣鈦礦材料[乙醇胺（EA）-碘化鈣鈦礦、氨基丙醇（AP）-碘化鈣鈦礦和苯乙胺（PEA）-碘化鈣鈦礦]進行了檢測。Mohammed說：「超快光譜學是一種非常強大、便捷的工具。它可以直接跟蹤熱載流子的弛豫。由此，我們就能夠實時獲悉它們的超快動態。」
研究人員在3種材料中發現了顯著差異。Yin說：「我們發現EA2PbI4單晶經歷了一個慢得多的熱載流子冷卻過程。」在分子動力學模擬的協助下，研究人員發現了EA2PbI4抑制熱載流子向周圍結構耗散能量的機制。
Mohammed說：「我們從這項研究中發現了減緩二維鈣鈦礦熱載流子冷卻的動力學信息。接下來，我們將重點研究如何在太陽能電池結構中提取這些載流子，並分析它們對整體轉換效率的貢獻度。」
原創編譯：雷鑫宇 審稿：阿淼 責編：張夢
期刊來源：《ACS Nano》
期刊編號：1936-0851
原文連結：https://phys.org/news/2019-12-harnessing-hot-carriers-high-efficiency.html
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