通過(guò)在光物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用激光光譜學(xué)，克萊姆森大學(xué)的研究人員取得了新的突破，這可能會(huì)帶來(lái)更快、更便宜的能源來(lái)驅(qū)動(dòng)電子器件。 這種使用溶液處理過(guò)的過(guò)氧化物的新方法，旨在徹底改變各種日常物品，如太陽(yáng)能電池、LED、智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)芯片的光電探測(cè)器。

溶液加工的過(guò)氧化物是下一代材料，可用于屋頂?shù)奶?yáng)能電池板、醫(yī)療診斷的X射線探測(cè)器和日常生活照明的LED。

該研究小組包括一對(duì)研究生和一名本科生，他們由理學(xué)院物理和天文學(xué)系的量子設(shè)備超快光物理學(xué)（UPQD）小組的組長(zhǎng)高建波指導(dǎo)。

這項(xiàng)合作研究于3月12日發(fā)表在高影響力的《自然-通訊》雜志上。這篇文章的題目是 "以超快的時(shí)間和超高的能量分辨率對(duì)有機(jī)金屬鹵化物過(guò)氧化物薄膜中的被困載流子進(jìn)行原位觀測(cè)"。

"過(guò)氧化物材料是為太陽(yáng)能電池和LED等光學(xué)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，"該研究文章的第一作者、研究生Kobbekaduwa說(shuō)。"它很重要，因?yàn)榕c目前的硅基太陽(yáng)能電池相比，它的合成要容易得多。這可以通過(guò)溶液處理來(lái)完成--而在硅中，你必須有不同的方法，這些方法更加昂貴和耗時(shí)。"

這項(xiàng)研究的目標(biāo)是制造出更有效、更便宜、更容易生產(chǎn)的材料。

高氏團(tuán)隊(duì)使用的獨(dú)特方法：采用超快的光電流光譜，這可以比大多數(shù)方法有更高的時(shí)間分辨率，以確定被困載流子的物理學(xué)特性。在這門(mén)學(xué)科里，以皮秒為單位測(cè)量數(shù)據(jù)是經(jīng)常性的，也就是一萬(wàn)億分之一秒。

"我們使用這種（過(guò)氧化物）材料制造設(shè)備，使用激光對(duì)其進(jìn)行照射并激發(fā)材料內(nèi)的電子，"Kobbekaduwa說(shuō)。"然后通過(guò)使用一個(gè)外部電場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)光電流。通過(guò)測(cè)量該光電流，我們實(shí)際上可以告訴人們這種材料的特性。在我們的案例中，我們定義了一個(gè)陷落狀態(tài)，這是材料中的缺陷，會(huì)影響我們得到的電流。"

一旦定義了物理學(xué)特性，研究人員就可以確定缺陷，也就是最終在材料中產(chǎn)生低效率的原因。當(dāng)缺陷被減少或鈍化時(shí)，便可以帶來(lái)效率的提高，這對(duì)太陽(yáng)能電池和其他設(shè)備至關(guān)重要。

由于材料是通過(guò)旋涂或噴墨打印等溶液工藝產(chǎn)生的，引入缺陷的可能性會(huì)由此增加。低溫工藝比產(chǎn)生純凈材料的超高溫方法更便宜。但代價(jià)是材料中的缺陷更多。在這兩種技術(shù)之間取得平衡，可以意味著以較低的成本獲得更高的質(zhì)量和更有效的設(shè)備。

通過(guò)向材料發(fā)射激光來(lái)測(cè)試襯底樣品，以確定信號(hào)如何在其中傳播。使用激光照亮樣品并收集電流使這項(xiàng)工作成為可能，并使其與其他不使用電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)有所區(qū)別。

"UPQD小組的Adhikari說(shuō)："通過(guò)分析該電流，我們能夠看到電子如何移動(dòng)以及它們?nèi)绾螐娜毕葜谐鰜?lái)。"這是有可能的，因?yàn)槲覀兊募夹g(shù)涉及超快的時(shí)間尺度和電場(chǎng)下的原位設(shè)備。一旦電子落入缺陷，那些使用其他技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的人無(wú)法將其取出。但我們可以把它取出來(lái)，因?yàn)槲覀冇须妶?chǎng)。電子在電場(chǎng)下有電荷，它們可以從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。我們能夠分析它們?cè)诓牧蟽?nèi)部從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的傳輸。"

這種傳輸和材料缺陷對(duì)它的影響會(huì)影響到這些材料的性能和它們所使用的設(shè)備。這都是學(xué)生們?cè)趯?dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的重要發(fā)現(xiàn)的一部分，創(chuàng)造出的進(jìn)展將帶來(lái)下一個(gè)偉大的突破。