編輯| 朱瑩

潤色| Norah、Sophie

校閱| 孫平、Lucy、Joanna

近來，納米光電轉換材料成為研究熱點。相比于傳統的硅基太陽能電池，它具有吸收光譜范圍可調節、理論上更高的能量轉換效率、更長的使用壽命等等優勢。因此納米光電轉換材料不僅常用在一些光電器件如晶體管、LED燈中，也被用于太陽能電池中以提高電池的光電轉換效率。

然而，納米光電轉換材料的物理、化學、電子學性質對總體功能的影響目前尚不*清楚，這限制了其在太陽能領域的應用。好在目前學界對納米光電材料的研究頗多，賈斯汀·桑伯(Justin Sambur)博士就是其中一員。作為美國科羅拉多州立大學自然科學學院一名化學助理教授，他所在團隊專注于研究納米光電轉換材料結構與性能的關系，以期利用納米光電轉換材料這一低成本材料，為人類提供廉價持久環保的新能源。

本次《前沿用戶報道》欄目就將帶領大家，了解桑伯博士在納米光電轉換材料方面的研究成果。

賈斯汀·桑伯 (Justin Sambur) 博士

科羅拉多州立大學自然科學學院化學助理教授

01

載流子倍增效應——效率提升的關鍵

通過以往的研究，人們已經知道納米光電轉換材料在某些情況下會表現出高效的載流子倍增性能，也就是說一個光子激發后可以產生出兩個電子，電池實際上得到了兩倍的電流，即載流子倍增效應。可以想象，如果將載流子倍增效應應用到光電器件中，就可提高太陽能轉換效率。

那么，如何提升載流子倍增效應呢？桑伯博士團隊發現目前很多光電轉換材料，例如應用在LED、太陽能電池和晶體管中的材料，它們具有不同的形狀、大小和厚度，性能也有所差異。桑伯博士團隊就猜想，載流子倍增效應的強弱會不會與材料自身的結構（如形狀/大小/厚度）等參數有關聯呢？

通過長期深入的研究，他們終發現這之間確實存在關系。那么，究竟是怎樣的關系呢？接下來讓我們一起來看看~

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02

一種新的非線性關系的發現

為探索納米光電轉換材料本身的結構是否會對材料性能產生影響，桑伯博士團隊利用HORIBA SMS系統對材料展開了研究。他們把材料層的厚度與對激發效果的影響進行關聯，發現當研究深入至單層或三個原子厚時，厚度和能量轉換效率之間存在非線性關系。

這種非線性關系的發現，將大大有助于幫助研究人員找到設計和優化太陽能轉換材料的新突破，比如提高其轉換效率，或者研究如何使材料更薄。而這些研究都會對導體器件的制備產生積極影響，如超薄顯示設備的制備，或者應用在太空輕量級光伏中。想象一下，當這一材料應用在制備超薄設備時，你的手機屏幕很有可能變得非常薄非常薄，甚至能夠折疊，想想是不是都很炫酷呢？

桑伯博士表示，雖然這項研究只是基礎研究，意義卻很重大，它不僅為提高太陽能轉換效率提供了思路，也能為電子設備領域的研究提供基礎數據。

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03

定制化SMS系統——效率提升“好幫手”

看到這里我們已經了解桑伯博士的研究重點，可能有讀者會問，博士的這些研究都是如何完成的？這些材料性質的表征又是如何進行的呢？

在該研究中，桑伯博士的團隊使用的是HORIBA定制化顯微光譜測量系統(SMS)。該系統是一臺基于奧林巴斯 IX-73 倒置顯微鏡定制的多功能光譜測量系統，它可以將多種分析技術（包括拉曼光譜，光致發光，反射率和光電流）添加到顯微鏡平臺上。同時，SMS系統還配有多種光源和探測器，還有專門的光譜和廣域成像系統，能夠處理多種任務。

桑伯博士在使用SMS系統測試樣品的過程中，可以在成像相機上直接看到樣品，進而可以對感興趣的特定區域快速定位并直接進行光譜測量，此外，SMS還可以在成像和光譜模式之間進行快速切換，這大大提升了本次研究的效率。

HORIBA定制化顯微光譜測量系統(SMS)

以上就是我們了解到的桑伯博士的團隊在超薄納米光電材料方面做的相關研究。在光電轉換領域，國內外還有很多科研團隊也在為提高轉換效率而努力工作，這些研究工作都有一個相同的目標，就是解決納米光電材料的制備、生產、光電轉換性能等難題，終實現商業化。

或許這個人類已知的小材料，未來能夠幫助解決我們面臨的大問題之一——能源危機，我們可以期待一下。但是，無論材料能否堪當大任，我們人類也應該繼續保持低碳生活、節約能源，為解決能源危機盡自己的一份力量。

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