Преобразование энергии солнца в электричество и солнечный водород может быть достигнуто с целой серией материалов. Один важный класс органических красок использования солнечных батарей относился к полупроводниковому материалу как диоксид титана (TiO2), например. Молекулы краски функционируют как своего рода «переводчик» для солнечной энергии.
Они захватывают свет и вводят электроны как свободные перевозчики обвинений в TiO2, приводящий к электрическому току. Однако TiO2 далек от идеала, и цинковая окись (ZnO) должна на самом деле более подойти как материал электрода. Это вызвано тем, что перевозчики обвинения намного более мобильны в ZnO, таким образом, они должны течь более быстро после того, как разделение обвинения произошло. Кроме того, наноструктуры, которые захватывают солнечный свет особенно эффективно, могут быть произведены в простом использовании моды ZnO.
Подробное расследование взволнованных государств с ультракороткими Лазерными импульсамиТем не менее, строя солнечные батареи ZnO, что лучшие те из TiO2 не были достигнуты к настоящему времени.
Теперь команда, возглавляемая Эмэдом Азизом, впервые непосредственно наблюдала причину для этого и исследовала ее подробно в «Joint Ultrafast Dynamics Lab в Решениях и в Интерфейсах». Joint Lab управляет HZB вместе с Берлином FU. У этого есть полное множество современных лазерных инструментов в его распоряжении, включая решенный временем фотоэлектронный спектрометр, который может произвести ультракороткие импульсы XUV с продолжительностью ниже 45 фемтосекунд. Эти ультракороткие световые импульсы позволяют временному, а также энергичному развитию взволнованных государств быть прослеженным на ультракоротких временных рамках.
Интерфейс указывает как ловушки для перевозчиков обвинения«Наши измерения показывают непосредственно впервые, что перевозчики обвинения временно пойманы в ловушку формированием интерфейсного государства между краской и полупроводниковым пограничным слоем. В результате они больше не немедленно доступны как свободные перевозчики обвинения», объясняет Марио Боргвардт, докторант на Азизе’ команда. Эти «пойманные в ловушку» электроны в рамках интерфейсного пребывания, помещенного дольше. Это увеличивает вероятность, что они «потеряны» снова через перекомбинацию.
Это в свою очередь снижает уровень эффективности солнечной батареи.Образцы для эксперимента были сделаны доступными командой профессора Леоне Спиччиы из университета Монаша, Австралия.
Плодотворное сотрудничество развилось в ходе визита Спиксии в прошлом году как часть его Гельмгольца Международная премия Товарищества от Ассоциации Гельмгольца, которая способствовала фундаментальным способом успеху этого проекта.Полезные намеки для дизайна материалов для энергетического преобразования или хранения
Азиз объясняет важность результатов: «Работа привела к лучшему пониманию процессов в пограничном слое между молекулой краски и полупроводником. Мы поэтому были в состоянии понять, как краска и полупроводниковые материалы общаются друг с другом. Это позволяет нам теперь разработать подходы для того, чтобы улучшить связь прямым способом.
Это важно не только для дизайна делавших чувствительным краской солнечных батарей, но также и чтобы быть в состоянии разработать системы материалов для фотокаталитического производства водорода для хранения солнечной энергии как водородное топливо».