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美国科学家对混合钙钛矿的内部工作原理有了新的认识

时间：2021-07-16 18:16:47 来源：

蓝色和绿色的球体是原子，如左图所示排列成双锥体。当光线照射时，电子开始与带正电的“空穴”分离，这是产生电流的第一步（黄色条纹）。同时，原子开始在钙钛矿的格子状结构中振动。科学家通过分析太赫兹辐射（红色条纹）释放的过程来检测这些过程。

钙钛矿尽管在效率和低制造成本方面很有前途，但仍远未广泛采用，因为它们在受到机械应力，湿气和热的影响时仍然受到耐久性问题的困扰。因此，全球研究竞赛正在加快弥补这些缺点的步伐。

为了解释这些电池与传统的硅制成的太阳能电池相比具有同等甚至更高的效率，斯坦福大学和能源部的SLAC国家加速器实验室的一组科学家在原子尺度上进行了一项研究，可以帮助解释如何电流通过混合钙钛矿有效移动。

在最新版《先进材料》杂志上发布的这项研究中，研究团队使用了与可见光谱两端（高能紫光和低能红外光）的太阳辐射强度相匹配的激光脉冲。在皮秒时间尺度上测量结果。一皮秒等于一万亿分之一秒。

SLAC和斯坦福大学的副教授亚伦·林登伯格说：“在阳光照射到钙钛矿之后的第一皮秒内，晶格中的电子和空穴开始分裂。”

“通过测量钙钛矿薄膜每秒振荡万亿次的高频太赫兹光脉冲的发射，发现了这种分离。这是任何人第一次观察到混合钙钛矿发出的太赫兹辐射。”

太赫兹发射还表明，电子和空穴与晶体材料中的晶格振动紧密相互作用。这种相互作用发生在飞秒的时间尺度上，可以帮助解释电流如何穿越杂化钙钛矿中晶粒的拼凑，从而确保了与纯硅单晶晶体相当的效率。

“我们的技术可以为吸收光子时开辟一种探测太阳能电池的新方法，如果您想了解和制造更好的材料，这非常重要。传统的方法是将电极放在设备上并测量电流，但这实际上模糊了所有关键的微观过程。我们采用飞秒时间分辨率的全光学，无电极方法可以避免该问题，” Lindenberg说。


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