利用热载体制造高效太阳能电池

 
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。通过调整二维钙钛矿太阳能材料的结构，KAUST和佐治亚理工学院的研究人员表明，它们可以延长光照射材料所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。
Omar Mohammed和Osman Bakr研究小组的成员Jun Yin说：“作为3-D杂化钙钛矿的替代品，2-D杂化钙钛矿具有更高的稳定性和防潮性。”然而，KAUST团队的博士后研究员Partha Maity补充说，对这些材料中的热载体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。较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杂化2D钙钛矿的有机成分是否会减慢热载体的冷却速度，从而使所有能量得以捕获。
他们使用超快激光光谱法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：“超快速光谱法是一种直接跟踪热载流子弛豫的非常强大且方便的方法。” “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帮助下，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。
“由于我们从这项研究中学到了如何减缓二维钙钛矿中热载流子的动力学，因此，我们现在将专注于在真正的太阳能电池架构中提取这些载流子，以及它们对整体转换效率的可能贡献，” Mohammed说。他补充说，研究小组还将研究热载流子动力学和在具有不同成分的二维钙钛矿中的萃取。