Los semiconductores convierten la energía de los fotones luz en una corriente de electrones. Sin embargo, algunos fotones transportan demasiada energía para que el material los absorba. Estos fotones producen 'electrones calientes', y el exceso de energía de estos electrones se convierte en calor. MaterialesLos científicos han estado buscando formas de cosechar este exceso de energía. Los científicos de la Universidad de Groningen y la Universidad Tecnológica de Nanyang Singapur ahora han demostrado que esto puede ser más fácil de lo esperado al combinar una perovskita con un material aceptor para "electrones calientes".prueba de principio fue publicada en Avances científicos el 15 de noviembre
En las células fotovoltaicas, los semiconductores absorberán la energía de los fotones, pero solo de los fotones que tienen la cantidad correcta de energía: muy poco y los fotones pasan directamente a través del material, demasiado y el exceso de energía se pierde en forma de calor.determinado por la banda prohibida: la diferencia en los niveles de energía entre el orbital molecular ocupado más alto HOMO y el orbital molecular desocupado más bajo LUMO.
nanopartículas
"El exceso de energía de los electrones calientes, producido por los fotones de alta energía, es absorbido muy rápidamente por el material como calor", explica Maxim Pshenichnikov, profesor de espectroscopía ultrarrápida en la Universidad de Groningen. Para capturar completamente la energía del calorelectrones, se deben utilizar materiales con un intervalo de banda más grande. Sin embargo, esto significa que los electrones calientes se deben transportar a este material antes de perder su energía. El enfoque general actual para cosechar estos electrones es reducir la pérdida de energía, por ejemplousando nanopartículas en lugar de material a granel. "En estas nanopartículas, hay menos opciones para que los electrones liberen el exceso de energía como calor", explica Pshenichnikov.
Junto con colegas de la Universidad Tecnológica de Nanyang, donde fue profesor visitante durante los últimos tres años, Pshenichnikov estudió un sistema en el que un semiconductor híbrido de perovskita orgánico-inorgánico se combinó con el compuesto orgánico bathophenanthroline bphen, un material conuna banda ancha grande. Los científicos utilizaron luz láser para excitar electrones en la perovskita y estudiaron el comportamiento de los electrones calientes que se generaron.
barrera
Explicamos Pshenichnikov. "Usamos un método llamado sondeo de empuje de bomba para excitar electrones en dos pasos y estudiarlos a escalas de tiempo de femtosegundos. Esto permitió a los científicos producir electrones en las perovskitas con niveles de energía justo por encima del intervalo de banda de bphen, sinelectrones excitantes en el bphen. Por lo tanto, cualquier electrón caliente en este material habría venido de la perovskita.
Los resultados mostraron que los electrones calientes del semiconductor de perovskita fueron fácilmente absorbidos por el bphen. 'Esto sucedió sin la necesidad de reducir la velocidad de estos electrones y, además, en material a granel. Entonces, sin ningún truco, los electrones calientes fueron cosechados."Sin embargo, los científicos notaron que la energía requerida era ligeramente mayor que el intervalo de banda bphen." Esto fue inesperado. Aparentemente, se necesita algo de energía extra para superar una barrera en la interfaz entre los dos materiales ".
Sin embargo, el estudio proporciona una prueba de principio para la recolección de electrones calientes en material semiconductor de perovskita a granel. Pshenichnikov: "Los experimentos se realizaron con una cantidad realista de energía, comparable a la luz visible. El próximo desafío es construir un verdaderodispositivo que utiliza esta combinación de materiales. '
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Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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