За последние 50 лет ученые добились больших успехов в фотоэлектрических технологиях, преобразующих солнечный свет в электричество, и устройствах искусственного фотосинтеза, которые преобразуют солнечный свет и воду в безуглеродное топливо. Но нынешнему уровню развития этих чистых источников энергии по-прежнему не хватает эффективности, чтобы конкурировать с электричеством или транспортным топливом, получаемым из нефти.

Теперь ученые из Berkeley Lab, DESY, European XFEL и Технического университета Фрайберга, Германия, сообщили в Nature Communications о своем открытии скрытого пути генерации заряда, который может помочь исследователям разработать более эффективные способы преобразования солнечного света в электричество или солнечную энергию. топливо, такое как водород.

С помощью FLASH лазера на свободных электронах DESY исследователи направили ультракороткие инфракрасные и рентгеновские лазерные вспышки на материал медь-фталоцианин: фуллерен (CuPc: C60) для изучения механизмов генерации заряда с временным разрешением 290 фемтосекунд (290 квадриллионных секунды).

Источник: Oliver Gessner/Berkeley Lab and Friedrich Roth/Technical University Bergakademie Freiberg.
Исследование, проведенное совместно с лабораторией Беркли, раскрыло неизвестный путь образования фталоцианина меди: фуллеренового материала, который превращает до 22% поглощенных инфракрасных фотонов в отдельные заряды.

Сочетание ультракоротких импульсов света с техникой, называемой рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопией с временным разрешением (TRXPS), позволило исследователям наблюдать и подсчитывать в реальном времени, сколько инфракрасных фотонов, поглощенных CuPc: C60, образовали полезные отдельные заряды и как многие поглощенные фотоны приводили только к нагреванию материала.

Их уникальный подход открыл неизвестный путь в CuPc: C60, который превращает до 22% поглощенных инфракрасных фотонов в отдельные заряды, сказал Оливер Гесснер, старший научный сотрудник отделения химических наук лаборатории Беркли и соавтор текущего исследования.

Предыдущие исследования CuPc: C60 обычно оценивали эффективность системы путем измерения общего количества зарядов водорода или кислорода, образующихся при использовании материала в фотоэлектрическом или фотокаталитическом устройстве. Это, однако, только говорит нам, насколько эффективен весь процесс, от поглощения света до разделения воды. Но в этих системах происходит многое, что не совсем понятно, и если мы не понимаем этих промежуточных этапов, мы не сможем разработать более эффективные системы сбора света. Только последующие исследования помогут людям разработать более совершенные модели и теории, которые приведут к созданию более совершенных технологий.