通过管理电子空穴控制电荷流

通过管理电子空穴控制电荷流

关于电荷是如何沿着组成太阳能电池材料层的分子运动的,还有很多事情有待了解。由于直接实时观察两种太阳能电池材料的界面上的电子及其空穴的运动,这些细节仍然隐藏着。

图片说明:研究人员使用极端紫外线脉冲(紫红色线)来确定可见光(蓝线)如何导致界面孔(H+)从氧化铁(Fe2O3)转移到氧化镍(NiO),这是一种常见于混合钙钛矿太阳能电池中的孔收集层。

利用超快的极端紫外线脉冲,研究人员观察到在复合钙钛矿太阳能电池中发现的界面材料上注入了小孔。极端紫外线的爆发持续时间只有飞秒。爆炸允许超快的,元素特定的测量。

实验揭示了镍原子的哪些状态是主要的空穴受体(物理化学化学化学物理,“识别NiO空穴收集层中的受体状态:直接观察Fe2O3/NiO异质结上的激子离解和界面空穴转移”)。

了解电荷如何在太阳能电池的材料层中移动,可能会发现丢失的设计参数。这些参数可以让科学家们控制太阳能电池板或LED内部的电荷运动,包括基于新材料的未来设计。

详细了解太阳能电池材料中电荷的实时运动可以帮助科学家和工程师设计出更好的太阳能电池。在这里,科学家需要同时管理电子和留下的空穴。具体来说,他们需要一种方法来收集和移动电子空穴,即电子可能存在但不存在的地方。

但有个问题。氧化物材料的表面状态是一个很难研究的问题,因为在材料层之间很难直接探测到材料的表面状态,而且电荷动力学非常快,使得实时跟踪这些表面状态变得困难。

研究人员设计了一种新的方法来检测层状材料中的电荷传输。他们的新方法让他们实时观察空穴是如何形成的,以及由此产生的电子是如何运动的,他们通过表征氧化镍在氧化铁上形成的界面来演示这种方法。

该方法采用极紫外反射吸收光谱法,使用的极紫外光脉冲持续时间仅为几飞秒。短脉冲允许实时测量电子动力学,而脉冲能量允许在层状材料中进行特定元素的测量。

他们发现,在阳光刺激下的氧化铁层后,会形成一个瞬间的镍离子(Ni3+)。这告诉研究人员镍氧化物中的孔是如何工作的。此外,研究小组的工作表明,通过两步过程,在铁层中开始快速的场驱动激子(电子-空穴对)离解,将空穴注入氧化镍层。

通过这项研究,科学家揭示了氧化镍中孔受体状态的化学性质。此外,他们还展示了激子离解和界面空穴转移是如何发生在氧化镍和氧化铁的界面上的,这是一个模型界面。

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