譯海擷英

可發(fā)射激光的太陽能電池材料

最近，鈣鈦礦已成為光伏領(lǐng)域的一個熱門話題。鈣鈦礦因價格低廉和高效的光電轉(zhuǎn)換效率而廣為人知，目前英國科學(xué)家表明，該材料也可用來發(fā)射激光。研究人員證明鈣鈦礦可將70%的吸收光轉(zhuǎn)化為發(fā)射光，這種顯著的發(fā)光效率使其非常有利于制作成發(fā)光器件。

鈣鈦礦太陽能電池研究的先驅(qū)者——牛津大學(xué)物理學(xué)家Henry J.Snaith認(rèn)為，廉價的激光器可能在很多方面得到應(yīng)用，如通信、制造業(yè)和消費類電子產(chǎn)品等。

鈣鈦礦是一大類結(jié)晶材料的統(tǒng)稱，結(jié)合了兩種主要類型光伏材料的優(yōu)點。像硅一樣，它們具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，而且該類材料價格低廉，易于在溶液中制備，這一點與有機光伏材料類似。

2014年3月，科學(xué)家們在瑞士的洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院首次報道了鈣鈦礦可以發(fā)射激光。他們觀察到由無機材料分隔開的金屬鹵化物組成的二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)能夠自發(fā)發(fā)光。

在這項新研究中，Snaith、劍橋大學(xué)的RichardH.Friend以及他們的同事測試了鈣鈦礦三維晶體CH3NH3PbI3-xClx的激光性能。Snaith認(rèn)為三維結(jié)構(gòu)能使其成為一個更好的半導(dǎo)體，更加適用于發(fā)光器件。

研究人員將鈣鈦礦型薄膜沉積在玻璃表面上，然后測量其發(fā)光效率——發(fā)射光子與吸收光子之比。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料吸收光時產(chǎn)生電子和帶正電的空穴?！巴ㄟ^發(fā)射光或非輻射衰減如熱衰減，電子和空穴重新組合?！盨naith解釋道。非輻射衰減可發(fā)生在晶體的缺陷部位。研究人員推測，由于晶體中缺陷很少，70%的電子-空穴對有效重新組合并產(chǎn)生光子，從而實現(xiàn)材料的高發(fā)光效率。

研究人員將鈣鈦礦薄膜置于金鏡和布拉格反射器（它可以反射特定波長的光）之間制成一個激光器，這種所謂的光共振腔能夠使光來回反射從而發(fā)射出激光。當(dāng)用足夠高強度、0.4ns脈沖的綠色激光激發(fā)下，該激光器發(fā)射出760nm左右波長的近紅外光。

Snaith說他們可以很容易地將激發(fā)光從紅外調(diào)整到紫外。該研究小組認(rèn)為鈣鈦礦激光器最有潛力的應(yīng)用將是高效發(fā)光二極管，為了制備該類器件，他們需要找到一種電激發(fā)材料的方法。

加州大學(xué)洛杉磯分校材料學(xué)家楊陽（音譯）認(rèn)為，由于高發(fā)光效率與高光電轉(zhuǎn)換效率相類似，因此該類材料可應(yīng)用于制備薄膜光伏器件。同時，新研究給鈣鈦礦在太陽能電池和LED方面的應(yīng)用帶來了新的曙光。