由AMOLF 艺术家印象中“热电子”在压力下变得更快
受压的热电子能更快地释放多余的能量
功劳:这张插图
com 在太阳能电池中，大约有三分之二的太阳光能量损失了
这种损失的一半是由于一种叫做“热载流子冷却”的过程，在这种过程中，高能光子在转化为电能之前以热的形式失去了多余的能量
AMOLF的科学家已经找到了一种方法，通过对物质施加压力来控制钙钛矿中这一过程的速度
这为使钙钛矿更加通用铺平了道路，不仅用于太阳能电池，还用于从激光到热电装置的各种其他应用
研究人员将于4月23日在《物理化学快报》上发表他们的研究
钙钛矿是未来太阳能电池的一种有前途的材料，因为它们是由廉价的材料制成的，并且很容易改变它们的成分来满足特定的需要，就像任何所需颜色的太阳能电池一样
AMOLF混合太阳能电池组的研究人员试图通过揭示钙钛矿的基本特性来提高混合钙钛矿半导体的效率和寿命
这些特性之一是所谓的热载流子冷却发生的速度，如果钙钛矿用于其它应用，这也是相关的
热载体冷却 在太阳能电池中，与半导体带隙匹配的光能被直接转换成电能
这种直接路径不适用于具有较高能量的光子
这些光子产生所谓的热载流子:高能电子(和空穴)，它们必须冷却才能以电能的形式被收集
热载流子冷却自发发生:热载流子通过散射以热的形式失去多余的能量，直到它们匹配半导体的传导能级
试着在钙钛矿中理解这个过程
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学生Loreta Muscarella遇到了各种各样的困难，其中之一就是时间尺度
她说，“热载流子冷却发生得非常快，通常在飞秒到皮秒的时间尺度上，这使得操纵甚至研究这个过程变得困难
我们很幸运地拥有一个独特的瞬态吸收光谱仪(TAS)和我们组的压力设备
这使我们能够在光照射到材料上几飞秒后测量钙钛矿在外部应力下的电子特性
" 用压力操纵 众所周知，在充足的光照下，钙钛矿半导体中的热载流子冷却比硅半导体慢得多
这使得对该过程的研究在钙钛矿而不是硅中更加可行
马斯卡瑞拉和她的同事假设冷却过程的速度可能与压力有关
“热载流子通过振动和散射失去多余的能量
施加压力会增加材料内部的振动，从而提高热载体冷却的速度，”她说
“我们决定测试这个假设，并发现我们确实可以利用压力来控制冷却时间
在3000倍的环境压力下，这个过程要快两到三倍
" 太阳能电池不能在如此高的压力下工作，但内部应变也能获得类似的效果
马斯卡瑞拉:“我们用外部压力做了实验，但是在钙钛矿中，通过化学改变材料或其生长来诱导内部应变是可能的，正如我们之前在我们的小组中所展示的那样
" 不同应用的冷却速度 能够控制热载流子冷却速度允许钙钛矿除了太阳能电池之外的各种其他应用
“为特定颜色设计钙钛矿的可能性不仅使它们对彩色太阳能电池很感兴趣，而且对激光或发光二极管技术也很感兴趣
在这种应用中，热载流子的快速冷却是必不可少的，就像传统太阳能电池一样
另一方面，缓慢冷却会使钙钛矿适用于将温差转化为电能的热电装置
因此，调节热载体冷却速度的可能性使得一系列可以用钙钛矿制造的设备成为可能，”马斯卡莱拉说
她甚至设想在材料上施加负压，使特定类型太阳能电池的热载体冷却过程更加缓慢
“由于散热几乎占太阳能电池效率损失的30%，科学家们正在寻找在热载流子冷却之前将其收集起来的方法
目前，对于这种所谓的热载流子太阳能电池来说，即使在环境压力下，钙钛矿中的“缓慢”冷却仍然太快
现在，这些热载流子在皮秒内失去多余的热能
然而，如果我们能够诱导负应变，就有可能使这一过程慢到足以应用于工作装置
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