突破可能导致电力电子设备更快和更便宜

通过在光学药物实验中使用激光光谱，克莱姆森大学研究人员打破了新的地面，可能导致电力电子设备更快和更便宜。

这种新的方法，使用解决方案处理的佩罗夫斯基钛矿旨在彻底改变各种日常物体，如太阳能电池，LED，智能手机和计算机芯片的光电探测器。解决方案加工的Perovskites是屋顶上的太阳能电池板的下一代材料，用于医疗诊断的X射线探测器，以及日常生活照明的LED。

研究团队包括一对研究生和一位由Qianbo Gao的一名本科学生，由Superum Device（UPQD）集团的超氮热物理学组织群体领导者（UPQD）集团的物理和天文学系。

协同研究于3月12日公布的高影响杂志自然通信。本文标题为“具有超快速时间和超高能量分辨率的有机金属卤化物钙钛矿薄膜的陷阱载体的原位观察”。

主要调查员是高，谁是炼浓缩物理物理学助理教授。该共同作者包括研究生Kanishka Kobbekaduwa（第一个作者）和帕潘·帕卡里的UPQD集团，以及物理部的一名高级大学劳伦斯科曼。

来自克莱姆森的其他作者是Apparao Rao，R.A.鲍文物理学教授，刘刘刘，来自中国的访问学生。

“Perovskite材料专为光学应用而设计，例如太阳能电池和LED，”研究文章的研究生和第一作者Kobbekaduwa说。“与基于硅的太阳能电池相比，相比，这是重要的，因为它更容易合成。这可以通过解决方案处理来完成 - 而在硅中，您必须具有不同的方法，更昂贵且耗时。“

该研究的目标是制造更有效，更便宜，更容易生产的材料。

高级团队使用的独特方法 - 采用超快光电流光谱 - 允许比大多数方法更高的时间分辨率，以便定义被困载体的物理学。在这里，努力在PICOSECONDS中测量，这是一秒钟的数亿。

“我们使用此（PEROVSKITE）材料制造设备，我们使用激光在其上发光并激发材料内的电子，”Kobbekaduwa说。“然后通过使用外部电场，我们产生光电流。通过测量光电流，我们实际上可以告诉人们这种材料的特征。在我们的情况下，我们定义了被困状态，这些状态是影响我们得到的当前的材料的缺陷。“

定义物理物理后，研究人员可以识别缺陷 - 最终会产生材料的低效率。当缺陷减少或钝化时，这可能导致效率提高，这对于太阳能电池和其他设备至关重要。

随着材料通过旋转涂层或喷墨印刷等溶液过程产生的，引入缺陷的可能性增加。这些低温过程比超高温方法便宜，导致纯材料。但权衡在材料中具有更多缺陷。在两种技术之间敲击平衡可能意味着以更低的成本更高质量和更高效的设备。

通过在材料处拍摄激光来测试基板样品以确定信号如何通过它传播。使用激光照亮样品并收集电流使工作成为可能并将其与其他不采用电场使用的实验区别化。

“通过分析当前，我们能够了解电子如何移动以及它们如何摆脱缺陷，”UPQD组的Adhikari说。“只有，因为我们的技术涉及电场下的超快时间尺度和原位设备。一旦电子落入缺陷，那些使用其他技术实验的人就不能采取。但我们可以拿出它，因为我们有电场。电子在电场下有充电，它们可以从一个地方移动到另一个地方。我们能够将其运输从一个点分析到材料内部。“

该运输和材料缺陷的效果在它上可能影响这些材料的性能和它们使用的装置。这是学生在其导师的指导下制作的重要发现的一部分，从而产生将导致下一个突破的涟漪。

“学生不仅仅是学习;他们实际上正在做这项工作，“高说。“我很幸运能够有才华横溢的学生 - 当受到挑战和思想的启发时 - 将成为有影响力的研究人员。这是学生在其导师的指导下制作的重要发现的一部分，创造了将导致下一个突破的涟漪。我们也非常感谢与Sleetu Shrestha和Wanyi Nie的强大合作，他们是来自Los Alamos国家实验室的顶级材料科学家。“

参考文献：“原位观察有机金属卤化物佩洛米斯薄膜用超快速的时间和超高级能量分辨率”，由Kanishka Kobbekaduwa，SheTu Shrestha，Pan Adhikari，Exian Liu，Lawrence Coleman，剑冰张，英氏，Yuanyuan Zhou，Yehonadav Bekenstein，冯艳，浮澳M. Rao，Hsinhan Tsai，Matthew C. Beard，Wanyi Nie和Jianbo Gao，2021年3月12日，自然通信。
DOI：10.1038 / S41467-021-21946-2

洛杉矶阿拉莫斯国家实验室的综合纳米技术中心提供了对该项目的支持，于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室以及南卡罗来纳州研究当局。