捕捉超快電子圖像　提高太陽能電池轉換效率

編譯／高晟鈞

光伏技術，是可持續能源的核心技術之一，可以將光能轉換為電能。一些材料可以將光子轉換成更多的自由電荷，如今，其中的過程已經可以利用超快膠片捕捉到，並被發表在Science雜誌上。

在普通的太陽能電池中，單個光子的能量會被轉移到材料中的兩個自由電荷中；然而，駢五苯這個分子材料是個例外，可以將一個光子轉化為四個電荷，這種過程被稱為激子裂變（Excition fission）

激子裂變的過程一直存在著許多爭論，究竟是一個被吸收的光子直接激發兩個電子和空穴；又過者是，最初只激發一對電子－空穴對，隨後與另一個電荷共享能量。

為了解開這個謎團，研究人員使用了時間和角度分辨光電子能譜，一種可以在飛鳥尺度（十億分之一秒）內觀察電子動力學的尖端技術，這種超快電子攝影機使他們首次捕捉到轉瞬即逝的激發電子圖像。

確定激子裂變的過程，並了解電荷載流子的軌道形狀，以及它們如何隨時間變化，對於新光伏電池的和有機半導體的優化至關重要。借助超快電子圖像的捕捉，研究人員首次根據電荷軌道特徵，確定了自由電荷載流子的機制──只有一個電子－空穴對在光子激發後立即被激發。

這項結論可以進一步提高當今太陽能電池的轉換效率。這種進步將產生巨大的影響，第三代太陽能電池將成為未來的主要能源之一。

資料來源:Phys.org

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