二維太陽能材料可以提供一種從陽光中提取更多能量的方法。通過調(diào)整2D鈣鈦礦太陽能材料的結(jié)構(gòu)，來自KAUST和佐治亞理工學(xué)院的研究人員表明，它們可以延長光撞擊材料產(chǎn)生的高能熱載流子的壽命。該方法可以提供一種更有效地捕獲太陽能的方法。

混合有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦是有吸引力的太陽能材料，因?yàn)樗鼈兊纳�產(chǎn)成本可能比硅便宜得多。但是，鈣鈦礦的長期穩(wěn)定性仍然存在疑問。

Omar Mohammed和Osman Bakr的研究小組成員Jun Yin表示：“作為3D雜化鈣鈦礦的替代品，2D雜化鈣鈦礦具有更高的穩(wěn)定性和防潮性。” 然而，KAUST團(tuán)隊(duì)的博士后研究員Partha Maity補(bǔ)充說，對這些材料中的熱載體冷卻尚未進(jìn)行廣泛的研究。

熱載流子的形成是由于太陽光的能量范圍很廣，從低能譜的紅外線和紅光到高能譜的紫色和紫外線。

當(dāng)入射光將電子撞擊成激發(fā)態(tài)時，太陽能電池板會捕獲能量，但是即使是紅光也會將電子激發(fā)成導(dǎo)電帶。較高能量的光可以產(chǎn)生超激發(fā)的熱載流子，但它們散發(fā)出的多余能量要比傳統(tǒng)的太陽能材料捕獲它們快得多。

Mohammed及其小組研究了改變混合2D鈣鈦礦的有機(jī)成分是否會減慢熱載體的冷卻速度，從而使所有能量得以捕獲。

他們使用超快激光光譜法檢查了具有三種不同有機(jī)成分的碘化鈣鈦礦材料：乙醇胺（EA），氨基丙醇（AP）和苯乙胺（PEA）。穆罕默德說：“超快速光譜法是一種直接跟蹤熱載流子弛豫的非常強(qiáng)大且方便的方法�！� “我們可以實(shí)時跟蹤他們的超快動態(tài)�！�

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)三種不同材料之間存在顯著差異�！拔覀儼l(fā)現(xiàn)（EA）2PbI4單晶經(jīng)歷了慢得多的熱載流子冷卻過程，” Yin說。

在分子動力學(xué)模擬的幫助下，研究小組表明，基于EA的結(jié)構(gòu)抑制了一系列機(jī)制，熱載流子通常通過這些機(jī)制使周圍的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)失去能量。

Mohammed說：“由于我們從這項(xiàng)研究中學(xué)到了如何減緩2D鈣鈦礦中熱載流子的動力學(xué)，因此我們現(xiàn)在將重點(diǎn)放在實(shí)際太陽能電池架構(gòu)中這些載流子的提取及其對整體轉(zhuǎn)換效率的可能貢獻(xiàn)上�！�

他補(bǔ)充說，該團(tuán)隊(duì)還將研究熱載流子動力學(xué)和不同成分的二維鈣鈦礦中的萃取。