可发射激光的太阳能电池材料

译海撷英

可发射激光的太阳能电池材料

最近，钙钛矿已成为光伏领域的一个热门话题。钙钛矿因价格低廉和高效的光电转换效率而广为人知，目前英国科学家表明，该材料也可用来发射激光。研究人员证明钙钛矿可将70%的吸收光转化为发射光，这种显著的发光效率使其非常有利于制作成发光器件。

钙钛矿太阳能电池研究的先驱者——牛津大学物理学家Henry J.Snaith认为，廉价的激光器可能在很多方面得到应用，如通信、制造业和消费类电子产品等。

钙钛矿是一大类结晶材料的统称，结合了两种主要类型光伏材料的优点。像硅一样，它们具有较高的光电转换效率，而且该类材料价格低廉，易于在溶液中制备，这一点与有机光伏材料类似。

2014年3月，科学家们在瑞士的洛桑联邦理工学院首次报道了钙钛矿可以发射激光。他们观察到由无机材料分隔开的金属卤化物组成的二维钙钛矿结构能够自发发光。

在这项新研究中，Snaith、剑桥大学的RichardH.Friend以及他们的同事测试了钙钛矿三维晶体CH3NH3PbI3-xClx的激光性能。Snaith认为三维结构能使其成为一个更好的半导体，更加适用于发光器件。

研究人员将钙钛矿型薄膜沉积在玻璃表面上，然后测量其发光效率——发射光子与吸收光子之比。他们发现，当材料吸收光时产生电子和带正电的空穴。“通过发射光或非辐射衰减如热衰减，电子和空穴重新组合。”Snaith解释道。非辐射衰减可发生在晶体的缺陷部位。研究人员推测，由于晶体中缺陷很少，70%的电子-空穴对有效重新组合并产生光子，从而实现材料的高发光效率。

研究人员将钙钛矿薄膜置于金镜和布拉格反射器（它可以反射特定波长的光）之间制成一个激光器，这种所谓的光共振腔能够使光来回反射从而发射出激光。当用足够高强度、0.4ns脉冲的绿色激光激发下，该激光器发射出760nm左右波长的近红外光。

Snaith说他们可以很容易地将激发光从红外调整到紫外。该研究小组认为钙钛矿激光器最有潜力的应用将是高效发光二极管，为了制备该类器件，他们需要找到一种电激发材料的方法。

加州大学洛杉矶分校材料学家杨阳（音译）认为，由于高发光效率与高光电转换效率相类似，因此该类材料可应用于制备薄膜光伏器件。同时，新研究给钙钛矿在太阳能电池和LED方面的应用带来了新的曙光。