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加州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)首次捕捉到太陽能電池中半導(dǎo)體材料間電荷運(yùn)動的圖像

2024-10-12 16:53  瀏覽:  

據(jù)外媒報道,近日,加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的一支研究團(tuán)隊(duì)宣布了一項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)。他們利用超快電子顯微鏡技術(shù),首次成功捕捉到光生載流子在硅和鍺異質(zhì)結(jié)中擴(kuò)散的動態(tài)圖像。這一運(yùn)動過程持續(xù)時間僅為皮秒級,即萬億分之一秒,而此次成功捕捉到的動態(tài)視覺圖像尚屬首次。

在太陽能電池中,當(dāng)陽光照射到半導(dǎo)體材料上時,會激發(fā)電子在兩個不同材料之間——即異質(zhì)結(jié)——移動,從而產(chǎn)生電流,為電子設(shè)備提供動力。據(jù)了解,這是研究人員首次以動態(tài)視覺形式捕捉到這種持續(xù)時間極短的光生載流子運(yùn)動。

相關(guān)研究成果已發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上,論文題為《利用超快電子顯微鏡成像半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中的熱光生載流子轉(zhuǎn)移》。論文詳細(xì)闡述了研究人員如何利用超快電子顯微鏡(SUEM)技術(shù),該技術(shù)結(jié)合了高時空分辨率和表面敏感性,來探究硅和鍺這兩種常見光伏半導(dǎo)體材料中光生載流子的動態(tài)變化。

在研究過程中,團(tuán)隊(duì)使用超快激光脈沖作為皮秒級快門,并發(fā)射電子束掃描材料表面,這些材料中的熱光生載流子受到光泵浦光束的激發(fā)而運(yùn)動。所得圖像使研究團(tuán)隊(duì)能夠評估光生載流子從一種半導(dǎo)體材料擴(kuò)散到另一種材料的過程。

論文中,研究人員還討論了異質(zhì)結(jié)如何通過電荷捕獲顯著改變硅和鍺區(qū)域中熱光生載流子的擴(kuò)散率,從而導(dǎo)致載流子遷移率降低。他們指出,這一現(xiàn)象可能會對分離和收集這些熱電荷的器件性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

這一研究成果不僅為太陽能電池的研究提供了寶貴的視覺資料,還有望推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,為更高效、更環(huán)保的能源解決方案的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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