可發射激光的太陽能電池材料

譯海擷英

可發射激光的太陽能電池材料

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

鈣鈦礦太陽能電池研究的先驅者——牛津大學物理學家Henry J.Snaith認為，廉價的激光器可能在很多方面得到應用，如通信、制造業和消費類電子產品等。

鈣鈦礦是一大類結晶材料的統稱，結合了兩種主要類型光伏材料的優點。像硅一樣，它們具有較高的光電轉換效率，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，科學家們在瑞士的洛桑聯邦理工學院首次報道了鈣鈦礦可以發射激光。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構能夠自發發光。

在這項新研究中，Snaith、劍橋大學的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認為三維結構能使其成為一個更好的半導體，更加適用于發光器件。

研究人員將鈣鈦礦型薄膜沉積在玻璃表面上，然后測量其發光效率——發射光子與吸收光子之比。他們發現，當材料吸收光時產生電子和帶正電的空穴。“通過發射光或非輻射衰減如熱衰減，電子和空穴重新組合。”Snaith解釋道。非輻射衰減可發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生光子，從而實現材料的高發光效率。

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射出激光。當用足夠高強度、0.4ns脈沖的綠色激光激發下，該激光器發射出760nm左右波長的近紅外光。

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

加州大學洛杉磯分校材料學家楊陽（音譯）認為，由于高發光效率與高光電轉換效率相類似，因此該類材料可應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方面的應用帶來了新的曙光。