从太阳捕获额外的能量：利用热载体生产高效太阳能电池

时间：2021-09-06 16:52:14 来源：

可以减慢高能热载流子冷却的材料可能会吸收来自太阳的额外能量。

二维太阳能材料可以提供一种从阳光中提取更多能量的方法。通过调整2D钙钛矿太阳能材料的结构，来自KAUST和佐治亚理工学院的研究人员表明，它们可以延长光撞击材料产生的高能热载流子的寿命。该方法可以提供一种更有效地捕获太阳能的方法。

混合有机-无机钙钛矿是有吸引力的太阳能材料，因为它们的生产成本可能比硅便宜得多。但是，钙钛矿的长期稳定性仍然存在疑问。

二维杂化钙钛矿的晶体结构，热载流子冷却时间长。

Omar Mohammed和Osman Bakr研究小组的成员Jun Yin说：“作为3D杂化钙钛矿的替代品，2D杂化钙钛矿具有更高的稳定性和防潮性。”但是，KAUST团队的博士后研究员Partha Maity补充说，对这些材料中的热载流子冷却尚未进行广泛的研究。

热载流子的形成是由于太阳光的能量范围很广，从低能谱的红外线和红光到高能谱的紫色和紫外线。当入射光将电子撞击成激发态时，太阳能电池板会捕获能量，但是即使是红光也会将电子激发成导电带。高能量的光可以产生超激发的热载流子，但它们散发出的多余能量要比传统的太阳能材料捕获它们快得多。

Mohammed及其小组研究了改变混合2D钙钛矿的有机成分是否可以减慢热载体的冷却速度，从而使其全部能量得以捕获。

他们使用超快激光光谱技术检查了具有三种不同有机成分的碘化钙钛矿材料：乙醇胺（EA），氨基丙醇（AP）和苯乙胺（PEA）。穆罕默德说：“超快光谱法是直接跟踪热载流子弛豫的一种非常强大且便捷的方法，”。“我们可以实时跟踪他们的超快动态。”

该团队发现三种不同材料之间存在显着差异。“我们发现（EA）2PbI4单晶经历了慢得多的热载流子冷却过程，” Yin说。在分子动力学模拟的辅助下，研究小组表明，基于EA的结构抑制了一系列机制，热载流子通常通过这些机制使周围的钙钛矿结构失去能量。

Mohammed说：“由于我们从这项研究中学到了如何减缓2D钙钛矿中热载流子的动力学，因此我们现在将重点放在实际太阳能电池架构中这些载流子的提取及其对整体转换效率的可能贡献上。”他补充说，该团队还将研究热载流子动力学以及在具有不同成分的2D钙钛矿中的萃取。

参考：“通过介电限制在二维混合钙钛矿晶体中热载流子冷却动力学”，作者：尹印，Partha Maity，Rounak Naphade，Bin Cheng，Jr-Hau He，Osman M. Bakr，Jean-LucBrédas和Omar F. Mohammed， 2019年10月15日，ACS Nano.DOI：
10.1021 / acsnano.9b04085

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