光到可存儲能量的轉換過程可作為可持續能源供應的重要組成。這種轉換過程數億年來已被自然界通過光合作用加以利用,通過光照生成碳水化合物。在科研上,通過光催化對光轉換為化學能的過程加速越來越得到重視。
對于直接將太陽光轉換為電能的光伏領域,科研工作者也在過去幾年取得顯著成果,轉換率得到不斷提高。然而光伏發生的基礎過程目前僅被粗略研究。
“光子轉換為電能是通過多個步奏完成的。”KIT功能表面研究所(IFG)領導Christof W?ll教授解釋道。
首先,光照被光活性材料吸收。每個電子離開其位置并留下空穴。電子空穴對只在很短的時間內穩定存在。之后它們在光照下分解或者裂化為一個電子和一個空穴在材料中相對獨立移動。而材料決定著這些帶電粒子接下來的運動。
在大多數材料中空穴并不穩定,而是通過能量損失轉換為所謂的極化子。極化子是特殊的假粒子,通過一個粒子與周圍的相互作用形成。形成的極化子在較長的時間保持穩定并且穿過光活性材料,直到在某一個表面轉換為電能或化學能。
KIT的研究者和Christof W?ll教授對光活性材料氧化鋅進行實驗,來研究極化子的形成和運動。他們將一個由KIT研制的世界唯一設備投入紅外反射吸收光譜(IRRAS)使用,其時間分辨率達到了100毫秒。
他們測得氧化鋅晶體的紅外光譜并觀察目前仍不了解的假粒子的強度吸收帶,即所謂的指型。數據的解釋和新粒子的識別將是卡爾斯魯厄研究者要面臨的挑戰。
通過與弗里茨·哈伯研究所和阿爾托大學計算機控制納米物理研究中心的合作,該吸收帶得以成功歸為所謂的空穴極化子。
W?ll教授強調說:“2015作為光和光基技術國際年,這項成果尤其令人興奮。”
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