En forskargrupp vid Uppsala universitet har lyckats med att samla upp så kallade ”heta elektronhål”. Forskningsresultaten kan användas för att förbättra solceller, fotokemiska reaktioner och fotosensorer.
Vissa metalliska nanopartiklar kan absorbera ljus och i processen frigöra positiva och negativa elektriska laddningar. När laddningar frigörs vid ljusabsorption kallas de ”heta” laddningar. De negativa laddningarna är elektroner, och de positiva laddningarna är ”elektronhål”, det vill säga en saknad elektron i valensbandet.
I en ny studie har forskare vid Uppsala universitet lyckats samla upp mer än 80 procent av de heta elektronhålen i en halvledare, vilket innebär att de kan användas i solceller och i artificiell fotosyntes, till exempel för koldioxidreducering och för att producera väte och syre från vatten. Processen är otroligt snabb, mindre än 200 femtosekunder (0.00 0000000002 s), visar forskarna i studien som har publicerats i Nature Materials.
Energifördelning kan manipuleras
Studien bekräftar även att uppsamlingen av elektronhål också skulle påverka dynamiken för de negativa laddningarna. När ljus absorberas och elektriska laddningar genereras så ökar den så kallade elektrontemperaturen. När de heta elektronhålen samlas upp så ökar den elektroniska värmekapaciteten vilket påverkar till vilken grad elektrontemperaturen ökar. Detta tyder på att elektronernas energifördelning kan manipuleras genom att styra till vilken grad elektron-hålen samlas upp. Det gör att det till exempel går att reglera den maximala spänningen i en direkt-plasmonisk solcell eller styra det reaktiva fönstret i en fotokatalytisk process.
