Energie van hete elektronen eenvoudig opgevangen

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

"De extra energie in hete elektronen, die ontstaan door het opvangen van fotonen met veel energie, verdwijnt snel als warmte in het materiaal", zegt hoogleraar ultrasnelle spectroscopie Maxim Pshenichnikov van de RUG. "Om alle energie van hete elektronen op te vangen is materiaal nodig met een grotere bandkloof. Maar daarvoor moeten de hete elektronen naar dit materiaal toe worden geleid voordat ze de energie hebben afgegeven als warmte. Onderzoekers die met dit probleem bezig zijn, proberen dan ook het verlies van energie te vertragen, bijvoorbeeld door het materiaal in nanodeeltjes op te splitsen. In nanodeeltjes zijn er voor de elektronen minder mogelijkheden om de energie als warmte af te geven."

Laserlicht

Samen met collega’s van de Nanyang Technological University, waar hij de afgelopen 3 jaar als visiting professor een aantal keren verbleef, bestudeerde Pshenichnikov een systeem waarin een perovskiet halfgeleider is gecombineerd met de organische stof bathophenanthorline, een materiaal met een grote bandkloof. De onderzoekers gebruikten laserlicht om elektronen uit het perovskiet een energiestoot te geven, waarna ze het gedrag van deze hete elektronen konden bestuderen.

"We gebruikten een methode om de elektronen in twee stappen meer energie te geven, waarbij we ze op een schaal van femtoseconden konden volgen. Op deze manier konden we elektronen uit het perovskiet een hoeveelheid energie geven die net boven de bandkloof van bphen lag, zonder dat ze elektronen in het bphen zelf aansloegen. Zo kwamen alle hete elektronen in dit materiaal uit het perovskiet."

Barrière

De experimenten lieten zien dat hete elektronen uit perovskiet snel en gemakkelijk door bphen werden geabsorbeerd. "Dat gebeurde zonder dat we de elektronen vertraagden, en in gewoon materiaal. Dus zonder extra trucjes konden we hete elektronen opvangen." De onderzoekers merkten wel dat de energie van de elektronen net iets groter moest zijn dan de bandkloof. "Dat hadden we niet verwacht. Blijkbaar is er extra energie nodig om een barrière op de grens tussen beide materialen te doorbreken."

Op deze manier hebben de onderzoeker laten zien dat het mogelijk is om hete elektronen uit perovskieten op te vangen. Pshenichnikov: "De experimenten zijn uitgevoerd met een realistische hoeveelheid energie, vergelijkbaar met zichtbaar licht. De volgende uitdaging is om een echte zonnecel te bouwen waarin we beide materialen combineren."