光捕获材料生产工艺改进后性能大大提高

据最新一期《自然》杂志报道，英国剑桥大学领导的研究团队找到一种方法，只需简单调整光捕获材料的生产工艺，就能使材料性能大幅提高。

科学家一直在开发低成本的光捕获半导体，这种材料利用太阳能为设备提供动力，将水转化为清洁的氢燃料。目前有一种氧化铜半导体材料，价格便宜、储量丰富且无毒，但其性能远不及占据半导体市场主导地位的硅材料。

为使氧化铜比现有光伏材料更具竞争力，研究人员需要对其进行优化，使其受到阳光照射后能更有效地产生移动电荷。一种潜在方法是利用单晶薄膜，这种薄膜具有高度有序的晶体结构。然而，制作这些薄膜通常复杂且耗时。

研究人员发现，通过以特定方向生长氧化铜晶体，使电荷以体对角线穿过晶体，电荷移动得更快更远，就能大幅提高材料性能。

研究人员利用薄膜沉积技术，在常压室温下生长出高质量氧化铜薄膜。通过精确控制腔内的生长和流速，可以将晶体“转移”到特定方向。这些晶体基本上是立方体。当电子以体对角线穿过立方体，而不是沿着立方体的面或边缘移动时，材料性能会大幅跃升。电子移动得越远，性能就越好。

研究人员利用高时间分辨率光谱技术，观察了晶体方向如何影响电荷在材料中的移动效率。实验显示，基于这种技术制造的氧化铜光收集器或光电阴极，与现有最先进的氧化物光电阴极相比，性能提高了70%，同时稳定性也大大提高。

研究人员表示，对低成本半导体材料进行一些小调整，有望推动从化石燃料向清洁可持续燃料的大转变。