用太赫兹光控制混合太阳能电池材料的晶格

为了克服全球能源挑战并应对迫在眉睫的环境危机，世界各地的研究人员都在研究将阳光转化为电能的新材料。一些最有前途的高效低成本太阳能电池应用候选材料是基于卤化铅钙钛矿 (LHP) 半导体。尽管有破纪录的太阳能电池原型，但仍未完全了解这种材料类别令人惊讶的出色光电性能的微观起源。现在，来自马克斯普朗克学会弗里茨哈伯研究所、巴黎综合理工学院、纽约哥伦比亚大学和柏林自由大学的物理学家和化学家组成的国际团队展示了对 LHP 原子晶格基本运动的激光驱动控制。通过以远红外太赫兹辐射的单光周期形式施加快于万亿分之一秒(皮秒)的突然电场尖峰，研究人员揭示了超快晶格响应，这可能有助于电的动态保护机制收费。这种对原子扭曲运动的精确控制将允许创造新的非平衡材料特性，可能为设计未来的太阳能电池材料提供线索。

研究的混合 LHP 太阳能电池材料由无机晶格组成，它充当容纳有机分子的周期性笼子。自由电子电荷与这种混合晶格及其杂质的相互作用决定了可以从太阳光的能量中提取多少电能。理解这种复杂的相互作用可能是微观理解 LHP 出色光电性能的关键。柏林弗里茨哈伯研究所的研究人员及其国际同事现在已经能够在快于 100 飞秒(即万亿分之一秒的十分之一)的时间尺度上隔离晶格对电场的响应。电场由仅包含单个远红外光周期的强激光脉冲施加，即所谓的太赫兹 (THz) 光。

通过这种方法，研究人员观察到晶格的协调运动，主要包括无机笼八面体构件的前后倾斜。这些非线性激发的振动会导致 - 迄今为止被忽视的 - 高阶屏蔽效应，有助于经常讨论的电荷载流子保护机制。“此外，相关的倾斜角在确定基本材料特性方面起着主导作用，例如结晶相或电子带隙，”国际研究项目负责人 Sebastian Maehrlein 博士澄清道。因此，超快动态材料设计取代了材料特性的静态化学调整：“因为我们现在可以通过单个太赫兹光周期来调制这些扭曲角，”Maehrlein 博士总结说，“在未来，我们可能能够按需控制材料特性，甚至可以发现这种新兴材料类别的新奇状态。” 通过评估物质的这种动态状态，研究人员希望为设计未来的能源材料提供一些线索。

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