通過合成含有錫基納米顆粒（稱為量子點(diǎn)）的半導(dǎo)體材料，包括KAUST在內(nèi)的國際研究小組實(shí)現(xiàn)了令人印象深刻的光功率轉(zhuǎn)換。圖片來源：KAUST/Heno Hwang
被稱為量子點(diǎn)的微小晶體使一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)能夠在雜化無機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體中產(chǎn)生的光電流中實(shí)現(xiàn)超過100%的量子效率。
鈣鈦礦是用于光收集應(yīng)用的令人興奮的半導(dǎo)體，并且已經(jīng)在太陽能電池中顯示出一些令人印象深刻的性能。但是，提高光轉(zhuǎn)換效率對(duì)于將這項(xiàng)技術(shù)推向更廣闊的市場(chǎng)是必要的。
光以稱為光子的能量包形式出現(xiàn)。當(dāng)半導(dǎo)體吸收光子時(shí)，電磁能量被轉(zhuǎn)移到帶負(fù)電的電子及其帶正電的對(duì)應(yīng)物上，稱為空穴。電場(chǎng)可以以相反的方向掃描這些粒子，從而允許電流流動(dòng)。這是太陽能電池的基本操作。這聽起來可能很簡(jiǎn)單，但優(yōu)化量子效率，或者從入射光子中獲得盡可能多的電子 – 空穴對(duì)，一直是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)。
效率低下的一個(gè)原因是，如果光子的能量超過創(chuàng)建電子 – 空穴對(duì)所需的能量，則多余的能量通常以熱量的形式損失。但納米材料提供了一種解決方案。小粒子，如納米晶體或量子點(diǎn)，可以將高能光子轉(zhuǎn)化為多個(gè)電子 – 空穴對(duì)。
來自KAUST的Jun Yin和Omar Mohammed與來自香港理工大學(xué)的Yifan Chen和Mingjie Li及其同事合作，在錫鉛鹵化物鈣鈦礦的納米晶體中演示了這種所謂的多重激子生成（MEG）?！拔覀兺ㄟ^利用鈣鈦礦納米晶體器件中的MEG證明了光電流量子效率超過100%，”Yin說。
過去，在鈣鈦礦納米晶體中觀察到MEG具有較大的帶隙：即那些只能吸收高能光子的半導(dǎo)體。
較窄的帶隙材料提出了更大的挑戰(zhàn)，因?yàn)榧ぐl(fā)的電子 – 空穴對(duì)松弛或冷卻得太快，以至于它們無法在功能正常的太陽能電池器件中提取?！罢瓗垛}鈦礦納米晶體中的高效MEG及其在實(shí)際光學(xué)器件中固有的MEG的驗(yàn)證尚未報(bào)道，”Yin說。
Chen，Yin和團(tuán)隊(duì)合成了一種半導(dǎo)體材料，該材料由甲脒錫 – 碘化鉛鈣鈦礦的微小顆粒組成 – 使用少量錫制成 – 嵌入無錫FAPbI中3.該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，錫的引入有助于減緩“冷卻”?！拔覀儗⒛軌蛲ㄟ^改變其組成來進(jìn)一步優(yōu)化鈣鈦礦納米晶體，以獲得更高的MEG性能并改善光功率轉(zhuǎn)換，”Yin說。
該研究發(fā)表在Nature Photonics上。
更多信息：陳軼凡等， 鹵化錫鉛鈣鈦礦納米晶中多激子生成用于光電流量子效率增強(qiáng)， Nature Photonics （2022）.DOI： 10.1038/s41566-022-01006-x
期刊信息：自然光子學(xué)
