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 一個由加州理工學院人工光合作用聯(lián)合中心和波蘭科學院物理化學研究所的科學家組成的研究小組，解釋了他們在收獲“熱電子空穴”方面的杰出成就。這一研究工作成果可用于改善太陽能電池、光化學反應和光電傳感器。該最新研究發(fā)現(xiàn)成果論文發(fā)表在今天的《自然·材料》雜志上。


一段時間以來，已知某些金屬納米粒子可以吸收光，并在此過程中產(chǎn)生正負電荷。當這些電荷在光吸收中發(fā)展時，它們被稱為“熱”。負電荷是電子，正電荷稱為“電子空穴”，其中價帶中的電子（原子外殼中的電子）缺失。


熱電子是一種經(jīng)過充分研究的現(xiàn)象，眾所周知，熱電子可以在半導體中堆積，電子的導電性不如導體（如銅），但比絕緣體（如陶瓷）好）。這延長了它們的壽命，使其可以用于光催化劑、太陽能電池和光傳感器等。關于熱孔的認知還很少。


可用于太陽能電池和人工光合作用

在這項新的研究中，研究人員成功地收集了半導體中80％以上的熱孔，是以前認為的三倍。這樣的過程非?？欤褐恍璨坏?00飛秒（即0.000000000002秒）。在半導體中收集電荷的可行性意味著它們可以用于太陽能電池和人工光合作用，例如減少二氧化碳并從水中產(chǎn)生氫和氧。

研究人員做出了理論上的預測，即正電荷的積累也會影響負電荷的動力學。新研究中包括的觀察結果證實了這一假設。當吸收光并產(chǎn)生電荷時，“電子溫度”升高。收集熱孔會使電子熱容量增加，從而改變電子溫度上升的幅度。

該研究表明可以通過控制電子空穴的去除程度來控制電子的能量分布。這是一個重要的結果，因為它可以調(diào)節(jié)直接等離激元太陽能電池（使用等離激元作為活性光伏材料將光轉換為電能的太陽能電池）中的最大電壓或控制反應堆中的光催化過程的“窗口”。

參考：Ultrafast hot-hole injection modifies hot-electron dynamics in Au/p-GaN heterostructures, Nature Materials (2020). DOI: 10.1038/s41563-020-0737-1量子認知 | 簡介科技新知識，敬請熱心來關注



原標題：《自然·材料》：對金屬納米顆粒的研究將改善太陽能電池