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科学家发现拟似粒子有助于光电转换过程

导读: 德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员们最近发现,在将光线转换成可储存的能量时,拟似粒子(pseudo particle)扮演着关键性的作用。

  德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员们最近发现,在将光线转换成可储存的能量时,拟似粒子(pseudo particle)扮演着关键性的作用。

  此外,柏林弗利兹.哈伯研究所(Fritz Haber Institute)以及芬兰赫尔辛基阿尔托大学(Aalto University)的科学家们也加入这一研究行列,共同研究所谓的极化子(polaron)如何在氧化锌中形成。

  这种拟似粒子可穿过光敏材料,然后在介面上被转换成电能或化学能。研究人员的新发现与太阳能光伏效应有关,目前已经刊登在《自然通讯》(Nature Communications)期刊中。

  将光转换成可储存能量的过程,可望有助于可再生能源的供应。在光的作用下,大自然一直是利用这样的过程来进行光合作用,从而形成碳水化合物。

  

  利用光敏氧化锌材料,科学家得以研究极化子的形成与迁移。

  (来源:Northeastern University)

  太阳能PV电池的基本转换过程至今几乎还没有详细的研究。

  “光子(光学粒子)转化为电能需要几个步骤,”KIT功能介面研究所所长Christof Woll解释。首先,光线被光敏材料吸收。单颗电子被移除后在原本的位置留下了一个洞。这些电洞只能在短时间内维持稳定。然后,他们可能会在光线发射下逐渐衰减或被隔离成电子与电洞,分别在材料中独自移动。接着,这种带电粒子的命运就完全取决于材料了。

  在大多数的材料中,活性的电洞并不稳定,但可在能量损耗下转换成所谓的极化子。极化子是一种由粒子组成的特殊拟似粒子,能够与环境形成互动。极化子形后可长期维持稳定,并穿过光敏材料,然后在介面处转化成电能或化学能。

  为了研究极化子的形成与迁移,KIT的研究人员们在Christof Woll教授的带领下,利用光敏氧化锌材料进行多项实验。科学家们则利用实验性配置,以100毫秒的解析度实现反射吸收式红外线光谱分析技术(IRRAS),以及测量氧化锌单晶体的红外线光谱,并为至今仍未知的拟似粒子观察其密集吸收频段(例如指纹)。

  对于KIT的科学家来说,资料的解释以及辨识新的粒子仍是一大挑战。因此,藉由与弗利兹.哈伯研究所以及阿尔托大学的合作,协助其成功定位出吸收频段中的电洞极化子。

  编译:Susan Hong

  (参考原文:Pseudoparticle discovery spotlights energy conversion processes for photovoltaics,by Paul Buckley)

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