編輯| 朱瑩

潤色| Norah、Sophie

校閱| 孫平、Lucy、Joanna

近來，納米光電轉(zhuǎn)換材料成為研究熱點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的硅基太陽能電池，它具有吸收光譜范圍可調(diào)節(jié)、理論上更高的能量轉(zhuǎn)換效率、更長的使用壽命等等優(yōu)勢。因此納米光電轉(zhuǎn)換材料不僅常用在一些光電器件如晶體管、LED燈中，也被用于太陽能電池中以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

然而，納米光電轉(zhuǎn)換材料的物理、化學(xué)、電子學(xué)性質(zhì)對總體功能的影響目前尚不*清楚，這限制了其在太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用。好在目前學(xué)界對納米光電材料的研究頗多，賈斯汀·桑伯(Justin Sambur)博士就是其中一員。作為美國科羅拉多州立大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院一名化學(xué)助理教授，他所在團(tuán)隊(duì)專注于研究納米光電轉(zhuǎn)換材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，以期利用納米光電轉(zhuǎn)換材料這一低成本材料，為人類提供廉價(jià)持久環(huán)保的新能源。

本次《前沿用戶報(bào)道》欄目就將帶領(lǐng)大家，了解桑伯博士在納米光電轉(zhuǎn)換材料方面的研究成果。

賈斯汀·桑伯 (Justin Sambur) 博士

科羅拉多州立大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院化學(xué)助理教授

01

載流子倍增效應(yīng)——效率提升的關(guān)鍵

通過以往的研究，人們已經(jīng)知道納米光電轉(zhuǎn)換材料在某些情況下會(huì)表現(xiàn)出高效的載流子倍增性能，也就是說一個(gè)光子激發(fā)后可以產(chǎn)生出兩個(gè)電子，電池實(shí)際上得到了兩倍的電流，即載流子倍增效應(yīng)?？梢韵胂?，如果將載流子倍增效應(yīng)應(yīng)用到光電器件中，就可提高太陽能轉(zhuǎn)換效率。

那么，如何提升載流子倍增效應(yīng)呢？桑伯博士團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)目前很多光電轉(zhuǎn)換材料，例如應(yīng)用在LED、太陽能電池和晶體管中的材料，它們具有不同的形狀、大小和厚度，性能也有所差異。桑伯博士團(tuán)隊(duì)就猜想，載流子倍增效應(yīng)的強(qiáng)弱會(huì)不會(huì)與材料自身的結(jié)構(gòu)（如形狀/大小/厚度）等參數(shù)有關(guān)聯(lián)呢？

通過長期深入的研究，他們終發(fā)現(xiàn)這之間確實(shí)存在關(guān)系。那么，究竟是怎樣的關(guān)系呢？接下來讓我們一起來看看~

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02

一種新的非線性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)

為探索納米光電轉(zhuǎn)換材料本身的結(jié)構(gòu)是否會(huì)對材料性能產(chǎn)生影響，桑伯博士團(tuán)隊(duì)利用HORIBA SMS系統(tǒng)對材料展開了研究。他們把材料層的厚度與對激發(fā)效果的影響進(jìn)行關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)研究深入至單層或三個(gè)原子厚時(shí)，厚度和能量轉(zhuǎn)換效率之間存在非線性關(guān)系。

這種非線性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，將大大有助于幫助研究人員找到設(shè)計(jì)和優(yōu)化太陽能轉(zhuǎn)換材料的新突破，比如提高其轉(zhuǎn)換效率，或者研究如何使材料更薄。而這些研究都會(huì)對導(dǎo)體器件的制備產(chǎn)生積極影響，如超薄顯示設(shè)備的制備，或者應(yīng)用在太空輕量級(jí)光伏中。想象一下，當(dāng)這一材料應(yīng)用在制備超薄設(shè)備時(shí)，你的手機(jī)屏幕很有可能變得非常薄非常薄，甚至能夠折疊，想想是不是都很炫酷呢？

桑伯博士表示，雖然這項(xiàng)研究只是基礎(chǔ)研究，意義卻很重大，它不僅為提高太陽能轉(zhuǎn)換效率提供了思路，也能為電子設(shè)備領(lǐng)域的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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03

定制化SMS系統(tǒng)——效率提升“好幫手”

看到這里我們已經(jīng)了解桑伯博士的研究重點(diǎn)，可能有讀者會(huì)問，博士的這些研究都是如何完成的？這些材料性質(zhì)的表征又是如何進(jìn)行的呢？

在該研究中，桑伯博士的團(tuán)隊(duì)使用的是HORIBA定制化顯微光譜測量系統(tǒng)(SMS)。該系統(tǒng)是一臺(tái)基于奧林巴斯 IX-73 倒置顯微鏡定制的多功能光譜測量系統(tǒng)，它可以將多種分析技術(shù)（包括拉曼光譜，光致發(fā)光，反射率和光電流）添加到顯微鏡平臺(tái)上。同時(shí)，SMS系統(tǒng)還配有多種光源和探測器，還有專門的光譜和廣域成像系統(tǒng)，能夠處理多種任務(wù)。

桑伯博士在使用SMS系統(tǒng)測試樣品的過程中，可以在成像相機(jī)上直接看到樣品，進(jìn)而可以對感興趣的特定區(qū)域快速定位并直接進(jìn)行光譜測量，此外，SMS還可以在成像和光譜模式之間進(jìn)行快速切換，這大大提升了本次研究的效率。

HORIBA定制化顯微光譜測量系統(tǒng)(SMS)

以上就是我們了解到的桑伯博士的團(tuán)隊(duì)在超薄納米光電材料方面做的相關(guān)研究。在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，國內(nèi)外還有很多科研團(tuán)隊(duì)也在為提高轉(zhuǎn)換效率而努力工作，這些研究工作都有一個(gè)相同的目標(biāo)，就是解決納米光電材料的制備、生產(chǎn)、光電轉(zhuǎn)換性能等難題，終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

或許這個(gè)人類已知的小材料，未來能夠幫助解決我們面臨的大問題之一——能源危機(jī)，我們可以期待一下。但是，無論材料能否堪當(dāng)大任，我們?nèi)祟愐矐?yīng)該繼續(xù)保持低碳生活、節(jié)約能源，為解決能源危機(jī)盡自己的一份力量。

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