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长三角G60激光联盟导读
据悉 ， 研究人员追踪了光照射到太阳能电池后的前几秒钟 ， 深入了解了它们是如何发电的 。
实验方法及P3HT的静态吸收光谱 。 来源：Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31008-w
伦敦帝国理工学院的研究人员开发了一种方法 ， 使用超快激光和X射线激发反应 ， 然后在短短的飞秒（万亿分之一秒）内测量其引起的变化 。
长久以来 ， 人们一直在探索将光转化为电能的最初阶段 ， 这可以帮助研究人员改进新的太阳能电池 ， 使其能够更高效地生产能量 。
现在 ， 帝国理工大学和纽卡斯尔大学的一组研究人员已经使用该技术研究了有机光伏（OPV）材料 ， 这种材料可以收集太阳光线以产生能量或分解水 。
实验时间-分辨X射线吸收光谱 。
但由于光激发的电子之间的复杂相互作用 ， 目前使用的许多材料不稳定或效率低下 。 因此 ， OPV材料正被深入研究 ， 用以发挥它们的最大作用：提供更廉价的可再生能源 。
帝国理工大学和纽卡斯尔大学一起合作的这项研究已发表在《自然通信》上 。 该论文将快速时间分辨率与原子局部测量相结合 ， 为改进太阳能电池和催化剂的方法提供了有价值的见解 。
更高效的设备
帝国理工大学物理系的Jon Marangos教授表示 ， “OPV是硅基光伏发电的廉价灵活替代品 ， 因此在未来太阳能发电基础设施中具有诱人的应用前景 。 这项工作证明了我们新的时间分辨X射线技术的威力 ， 该技术现在可以应用于更广泛的材料 ， 并可能为制造更高效的OPV设备提供必要的理解 。 ”
该团队探索了太阳能转换的第一步——光照射在材料中引起的反应 。 他们首先向材料发射了一个持续15飞秒的激光脉冲来激发反应 。 随后 ， 他们用一个仅持续阿秒（不到十亿分之一秒的百万分之一）的X射线脉冲来测量材料中产生的变化 。
计算P3HT中激发态物质的x射线吸收光谱 。
快速演变的状态
该团队首次观察到 ， 当电子被击出位置时 ， 材料初始状态的直接X射线特征 。 这就产生了一个电子和“空穴”对 ， 可以在材料中移动 。
这个初始状态在短短50飞秒内迅速演变成一个新的、更稳定的状态 。 纽卡斯尔大学Tom Penfold教授的计算与观察结果吻合良好 ， 表明初始状态取决于材料中分子链之间的距离 。
帝国理工大学化学系的Artem Bakulin博士说 ， “时间分辨X射线方法对光激发后直接发生的初始电子动力学的敏感性为深入研究各种有机光电和其他材料的光物理奠定了基础 。 ”
该团队现在计划探索其他有机半导体材料中的超快电荷动力学 ， 包括最近发现的使用不同分子作为电子受体的材料 ， 其显示出增强的OPV效率 。
单组分短路电流密度 ， 低施主有源层器件eqs ， 以及相应的激子和电荷动力学 。
【自然子刊：用于探测下一代太阳能电池的超快激光器】来源：Direct observation of ultrafast exciton localization in an organic semiconductor with soft X-ray transient absorption spectroscopy Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31008-w
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