Prüfung von Kristallgittern hybrider Solarzellenmaterialien mit Terahertz-Licht

Um globale Energieherausforderungen zu meistern und die drohende Umweltkrise zu bekämpfen, explorieren Forscher aufwärts dieser ganzen Welt neue Materialien zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Wenige dieser vielversprechendsten Kandidaten zu Gunsten von hocheffiziente, kostengünstige Solarzellenanwendungen basieren aufwärts Bleihalogenid-Perowskit-Halbleitern (LHP). Unlust rekordverdächtiger Solarzellen-Prototypen ist dieser mikroskopische Ursprung dieser erstaunlich hervorragenden optoelektronischen Leistung dieser Materialklasse immer noch nicht vollwertig geklärt. Nun demonstrierte ein internationales Team aus Physikern und Chemikern des Fritz-Haber-Instituts dieser Max-Planck-Gesellschaftsstruktur, dieser Ecole Polytechnique in Paris, dieser Columbia University in New York und dieser Freien Universität Spreeathen die lasergesteuerte Steuerung grundlegender Bewegungen des LHP-Atomgitters. Durch die Verwendung einer plötzlichen elektrischen Feldspitze, die schneller denn eine Billionstelsekunde (Pikosekunde) ist, in Form eines einzelnen Lichtzyklus ferninfraroter Terahertz-Strahlung, enthüllten die Forscher die ultraschnelle Gitterreaktion, die zu einem dynamischen Schutzmechanismus zu Gunsten von Strom hinzufügen könnte Gebühren. Selbige präzise Prüfung dieser atomaren Drehbewegungen wird die Schaffung neuartiger Nichtgleichgewichts-Materialeigenschaften geben und notfalls Hinweise zu Gunsten von die Gestaltung des Solarzellenmaterials dieser Zukunft liefern.

Die untersuchten hybriden LHP-Solarzellenmaterialien existieren aus einem anorganischen Kristallgitter, dies denn periodische Käfige zu Gunsten von die Mitschnitt organischer Moleküle fungiert. Dies Zusammenspiel freier elektronischer Ladungen mit diesem Hybridgitter und seinen Verunreinigungen charakteristisch, wie viel Strom aus dieser Leistung des Sonnenlichts gewonnen werden kann. Dies Verständnis dieser komplizierten Wechselwirkung könnte dieser Schlüssel zu Gunsten von ein mikroskopisches Verständnis dieser herausragenden optoelektronischen Leistung von LHPs sein. Forschern des Fritz-Haber-Instituts in Spreeathen und ihren internationalen Kollegen ist es nun gelungen, die Gitterreaktion aufwärts ein elektrisches Feld aufwärts Zeitskalen von weniger denn 100 Femtosekunden, darum einem Zehntel einer Billionstel Sekunde, zu isolieren. Dies elektrische Feld wurde durch verknüpfen intensiven Laserpuls angelegt, dieser nur verknüpfen einzigen Zyklus ferninfraroten Lichts, sogenanntes Terahertz (THz), enthält. „Dieses THz-Feld ist so stark und so schnell, dass es dies lokale elektrische Feld eines angeregten Ladungsträgers unmittelbar nachdem dieser Einsaugung eines Quantums Sonnenlicht nachahmen kann“, erklärt Maximilian Frenzel, einer dieser Hauptautoren dieser Experimente.

Mit diesem Verfahren beobachten die Forscher eine konzertierte Regung des Kristallgitters, die hauptsächlich aus einer Vor- und Zurückneigung dieser oktaedrischen Bausteine ​​des anorganischen Käfigs besteht. Selbige nichtlinear angeregten Schwingungen können zu – bisher vernachlässigten – Abschirmungseffekten höherer Ordnungsprinzip zur Folge haben und zu einem oft diskutierten Ladungsträgerschutzmechanismus hinzufügen. „Darüber hinaus spielt dieser damit verbundene Kippwinkel eine entscheidende Rolle im Zusammenhang dieser Karma dieser grundlegenden Materialeigenschaften, wie etwa dieser kristallographischen Winkel oder dieser elektronischen Bandlücke“, erläutert Dr. Sebastian Maehrlein, Sprossenstiege des internationalen Forschungsprojekts. Anstelle dieser statischen chemischen Stimmabgabe dieser Materialeigenschaften kommt damit ein ultraschnelles dynamisches Materialdesign in Frage: „Da wir selbige Verdrehungswinkel jetzt durch verknüpfen einzigen THz-Lichtzyklus modulieren können“, fasst Dr. Mährlein zusammen, „können wir sie in Zukunft notfalls steuern.“ Materialeigenschaften nachdem Sehnsucht oder erspähen Sie sogar neue exotische Zustände dieser aufstrebenden Materialklasse. Durch die Evaluation solcher dynamischer Materiezustände wünschen die Forscher, Hinweise zu Gunsten von die Gestaltung dieser Energiematerialien dieser Zukunft zu schenken.

Forschungsbericht: Nichtlineare Terahertz-Prüfung des Bleihalogenid-Perowskit-Gitters

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Fritz-Haber-Institut dieser Max-Planck-Gesellschaftsstruktur

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