太阳能半导体中电荷载流子光学激发的新效应

来自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的NanosystemsInitiativeMunich(NIM)科学家发现了太阳能半导体中电荷载体的光学激发的新效应。它可以促进红外光的利用，红外光通常在太阳能装置中丢失。

如今，半导体是将太阳光转换为可用电能的最重要材料。国际能源署(IEA)报告称，去年全球每天安装了50万块太阳能电池板。然而，基于半导体的太阳能电池仍然遭受相对低的能量转换效率。其原因主要在于半导体有效地将来自太阳光谱的很小一部分的光转换成电能。可以有效转换的该光窗的光谱位置与所涉及的半导体的特性(即，其带隙)密切相关。这意味着，如果半导体设计为吸收黄光，更长波长的光(如红光和红外光)，将通过材料而不产生电流。此外，比黄光更有能量的短波长光(绿光，蓝光和紫外光)会将额外的能量转化为热量。因此，从半导体获得更高的能量转换效率仍然是一个巨大的挑战。

用于能量转换的钙钛矿纳米晶体

为了研究这些局限性，由JochenFeldmann教授领导的光子学主席博士生AuroraManzi测量了钙钛矿纳米晶体中多光子吸收所产生的电荷载流子密度，这是一种新颖且有前途的光伏应用材料。

“能量低于半导体吸收窗口的长波长光的多光子吸收通常是非常低效的。”Manzi是NatureCommunications出版的第一作者，也是NIM研究生课程的学生。“因此，我完全惊讶地发现，对于特定的激发波长，这个过程的效率会大大提高。一开始这对我们没有任何意义!”

光和激子在共振中“泛音”

经过激烈的讨论，LMU科学家团队意识到，当两个不同基频的倍数变得相等时，即初级光振荡的频率和带隙频率的频率，或者更确切地说是激子的频率，这些谐振就会发生。带隙。

人们可以将声学中的共振或泛音现象类比，通常用于乐器中。当强烈的红光照射到纳米结构的钙钛矿纳米晶体上时，发生类似于吉他弦中的泛音的产生的过程。基波光波长产生更高阶的光谐波，即泛音，其频率是初级光振荡的整数倍。当这种“光泛音”变得与激子带隙的泛音共振时，能量交换增强，导致电荷载流子的产生增加，或更准确地说，带隙处的多个激子的产生。

进一步研究的起点

“观察到的共振类似于两把不同的吉他弦中发生的物理现象，”Manzi继续说道。“如果我们将第一个弦与光激发相关联，第二个弦与半导体激子带隙相关联，我们从声学中??知道，如果第一个弦的某个谐波与第二个弦的另一个谐波相匹配，它们将进入谐振状态。“

“对激子半导体中光学激发的这种新型共振现象的观察可以为太阳能电池更有效地将长波光转换成可用电力铺平道路，”研究团队负责人费尔德曼教授补充道。“这是一个令人兴奋的新发现，可能对未来的太阳能设备产生影响。与研究网络的同事”SolarTechnologiesGoHybrid“(SolTech)一起，我们现在将尝试通过玩这种泛音来开发创新应用。”