KAUST科学家设计了一种方法，通过延长半导体中热电子的寿命来提高太阳能电池的效率。功劳:KAUST的研究表明，KAUST带隙工程可以提高旨在利用“热”电子能量的光电器件的性能。半导体有一个被称为带隙的特征性质，它本质上是一个禁止电子能量的范围。能量高于带隙顶部的电子可以自由穿过材料，而低于带隙底部的电子则不能，并且材料中不能存在能量介于两者之间的电子。
这个简单的想法定义了半导体的光学特性。来自任何吸收的光的能量被转移到材料的电子。半导体中的大多数自由电子的能量接近带隙的顶部。但是吸收能量远大于带隙的光子会产生能量更高的电子，这些电子也被称为“热电子”。
理解这些所谓的热电子弛豫到更接近带隙顶部的能量的过程对于理解光收集器件的工作是至关重要的。例如，如果这种巨大的过剩能量以热量的形式流失，太阳能电池的效率就会降低。材料科学家奥马尔·穆罕默德说:“然而，由于这些热电子的寿命非常短，要在真正的光转换应用中充分利用它们是极其困难的，如果不是不可能的话。”。
穆罕默德和他的同事使用界面和带隙工程来延迟热载流子(电子和空穴)的弛豫，并显著增加它们的寿命。
该团队研究了一种被称为卤化铅钙钛矿的半导体。他们设计并制造了由多个量子阱组成的结构:夹在较大带隙材料的光吸收层之间的半导体层。他们比较了阱厚相同的结构和阱宽不同的不对称结构的光学特性。他们使用一种称为飞秒(1飞秒= 10-15秒)瞬态吸收光谱的技术，结合理论计算来确定热电子弛豫的时间尺度。
他们发现冷却速率与非对称样品中的量子阱厚度有很强的相关性，非对称多量子阱中热载流子的弛豫比对称多量子阱慢12.5倍。
“这一新发现提供了一种独特的策略，如何显著减缓半导体材料中热载流子的冷却，以便更好地应用于太阳能电池，”博士后帕萨·梅蒂说。
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