Горячие электроны собирают без хитростей

Полупроводники преобразования энергии фотонов (света) в электронный ток. Тем не менее, некоторые фотоны несут слишком много энергии для материала, чтобы поглотить. Эти фотоны производят горячих электронов, и избыточная энергия этих электронов преобразуется в тепло. Материаловеды давно ищет пути, чтобы урожай этот избыток энергии. Ученые из Гронингенского университета и Наньянского технологического университета (Сингапур) показали, что это может быть легче, чем ожидалось, комбинируя перовскита с акцептором материал для горячих электронов. Их доказательство было опубликовано в наука развивается по 15 ноября.

В фотоэлементов, полупроводников будет поглощать энергии фотона, но только из фотонов, которые имеют право количество энергии: слишком мало и фотоны проходят через материал, слишком много и избыток энергии теряется в виде тепла. Нужное количество определяется шириной запрещенной зоны: разница в уровнях энергии между высшей занятой молекулярной орбитали (Homo) и низшей незанятой молекулярной орбитали (ЛУМО).

Наночастицы

‘Избыточной энергии горячих электронов, производимых с высокой энергией фотонов, очень быстро поглощается веществом в виде тепла, — объясняет Максим Пшеничников, профессор сверхбыстрой спектроскопии в Университете Гронингена. Чтобы полностью захватить энергию горячих электронов, материалы с большой шириной запрещенной зоны должны быть использованы. Однако, это означает, что горячие электроны должны быть доставлены в этот материал, прежде чем потерять свою энергию. Нынешний общий подход к уборке этих электронов замедлить процесс потери энергии, например с помощью наночастиц вместо сыпучего материала. В этих наночастиц, есть меньше возможностей для электронов, чтобы выпустить избыток энергии в виде тепла, — говорит Пшеничников.

Вместе с коллегами из Наньянского технологического университета, где он был приглашенным профессором в течение последних трех лет, Пшеничников изучена система, в которой органо-неорганических гибридных перовскитов полупроводника в сочетании с органическим соединением bathophenanthroline (bphen), материал с большой шириной запрещенной зоны. Ученые использовали лазерный луч для возбуждения электронов в Перовский и изучал поведение горячих электронов, которые были созданы.

Барьер

‘Мы использовали метод, называемый насос-пуш-пробники для возбуждения электронов в двух шагах и их изучение в фемтосекундных сроки, — говорит Пшеничников. Это позволило ученым произвести электронов в перовскитах с уровнями энергии чуть выше запрещенной зоны bphen, без захватывающих электроны в bphen. Таким образом, каких-либо горячих электронов в этом материале могло бы произойти из перовскита.

Результаты показали, что горячие электроны из полупроводника перовскита были легко поглощены bphen. ‘Это произошло без необходимости, чтобы замедлить эти электроны и, кроме того, в объеме материала. Итак, без всяких уловок, горячие электроны были собраны.’ Однако ученые заметили, что требуемая энергия была немного выше, чем величина bphen. ‘Это было неожиданно. Видимо, какая-то дополнительная энергия для преодоления барьера на границе раздела двух материалов.

Тем не менее, это исследование обеспечивает доказательство принципа для уборки горячих электронов в объемных перовскита полупроводникового материала. Пшеничников: ‘эксперименты выполнены с реалистичной количество энергии, сравнимое с видимым светом. Следующая задача-создать реальный аппарат, используя данное сочетание материалов.

сделать разницу: спонсорские возможности