新技术可以大大降低电子来源的成本 - 夜视，粒子加速器等

艺术家的卤化物钙钛矿光电阴极的代表。赖斯大学和Los Alamos国家实验室发现的研究人员发现用薄薄的铯（蓝绿色）处理的卤化物钙钛矿半导体（银）可以调整在可见和紫外线（彩色箭头）上发射自由电子（灰色），并且，一层新鲜的铯可以再生降解光电阴极。

赖斯大学和Los Alamos国家实验室从卤化物Perovskites进行低成本，可缩放的光电阴影。

赖斯大学工程师已经发现了可能削减半导体电子源的成本的技术，从夜视护目镜和低光相机到电子显微镜和粒子促进剂的装置中的关键部件。

在开放式自然通信论文中，LOS Alamos国家实验室（LANL）的水稻研究人员和合作者描述了从卤化物钙钛矿薄膜制造电子来源的第一个过程，这些方法有效地将光转换为自由电子。

制造商每年花费数十亿美元在由含镓，硒，镉和碲等稀有元素的半导体制成的光电阴极电子来源。

“这应该是市场上的数量级，而不是市场上存在的成本，”米材料科学家和化学工程师的研究合作作者Aditya Mohite。他说卤化物Perovskites有可能以几种方式优异地优于现有的半导体电子来源。

“首先，有量子效率和寿命的结合，”莫赫特说。“即使通过这是一个概念证明，并且卤化镓钙酯作为电子源的第一次演示，量子效率仅比市售的砷化镓光电量低四倍。我们发现Halide Perovskites比砷化镓更长的寿命。“

Aditya Mohite是稻米大学化学和生物分子工程和材料科学和纳米工程的副教授。

另一个优点是钙钛矿光电阴极由旋涂制成，这是化学和生物分子工程副教授和材料科学和纳米工程的副教授，可以轻松扩大的低成本方法。

“我们还发现，与通常需要高温退火的常规材料相比，可以容易地再生降解钙钛矿光电阴极，”他说。

研究人员测试了几十只卤化物钙钛矿光电阴极，其中一些效率高达2.2％。它们通过用无机和有机成分创造光电阴极来证明它们的方法，并显示它们可以在可见和紫外线谱上调谐电子发射。

量子效率描述了光电阴极在将光转换为可用电子时的效率。

“如果每个进入的光子产生电子，并且您收集每个电子，则您将具有100％的量子效率，”Lanl博士后研究委员会研究潜刘研究领导作者Fangze Liu表示。“今天的最佳半导体光电子具有大约10-20％的量子效率，并且它们都是使用复杂的制造工艺的极其昂贵的材料制成。金属有时也用作电子源，铜的量子效率非常小，约为0.01％，但它仍然使用，这是一种实用的技术。“

卤化钙钙钛矿光电阴极的成本将有两种形式：制造它们的原料是丰富且廉价的，而且制造过程比传统半导体更简单，更便宜。

“莫希特说：”对低成本的东西有巨大的需求，这可以扩大起来。““使用溶液加工的材料，您可以在字面上涂抹大面积，是完全闻所未闻的，用于制作光电阴极所需的高质量半导体。”

名称'Perovskite'是指1839年在俄罗斯发现的特定矿物质和该矿物的晶体结构的任何化合物。卤化物钙酸盐是后者，可以通过将铅，锡和其他金属与溴化物或碘化物盐混合来制造。

在英国的科学家使用材料的科学家般的材料中，在全球范围内脱离全球卤化物普遍的半导体，2012年制造高效太阳能电池。其他实验室已有，因为所示材料可用于制造LED，光电探测器，用于水分裂和其他装置的光电化学电池。

2018年加入米饭之前担任LANL研究科学家的佩霍伊特的专家，称哈里韦·佩罗夫斯基特光电病项目成功的一个原因是他在LANL的应用阴极增强和鲁棒性技术研究组中的合作者是“最好的探索光电阴极的新材料和技术的世界队伍。“

光电阴极根据爱因斯坦的光电效果操作，当它们被特定频率的光击中时释放自由电子。光偶像量的量子效率通常是低的，因为即使是晶格中的单个原子的丝毫缺陷也可以产生捕获游离电子的“潜在井”。

“如果你有缺陷，你的所有电子都会丢失，”莫赫特说。“它需要很多控制。这花了很多努力来提出一个良好的佩洛斯库特材料。“

Mohite和Liu采用旋涂，一种广泛使用的技术，其中液体被滴在快速旋转的盘上，离心力将液体扩散到盘的表面上。在Mohite和Liu的实验中，旋转涂层发生在氩气氛中以限制杂质。一旦旋转，将盘加热并置于高真空中，以将液体转化为晶体的晶体。

“莫希塔说：”花了很多迭代。““我们尝试在许多方面调整材料组成和表面处理，以获得最大效率的合适组合。这是最大的挑战。“

他表示，该团队已经在努力提高其光电量的量子效率。

“它们的量子效率仍然低于最先进的半导体，我们提出了我们的论文，这是由于存在高表面缺陷，”他说。“下一步是制造具有较低表面缺陷密度的高质量钙钛矿晶体。”

参考：“高效的光电效应在再生电子来源中的卤化物佩洛夫效应”由Fangze Liu，Siraj Sidhik，Mark A. Hoffbauer，新浪Lewis，Amanda J. Neukirch，Vitaly Pavlenko，Hsinhan Tsai，Wanyi Nie，Jacky，Sergei Tretiak，Pulickel M 。Ajayan，Mercouri G. Kanatzidis，Jared J. Crochet，Nathan A. Moody，Jean Christophe Blancon和Aditya D. Mohite，1月2021年1月2021，Nature Communications.doi：
10.1038 / s41467-021-20954-6

另外的共同作者包括Siraj Sidhik和Pulickel Ajayan的米饭; Mark Hoffbauer，新浪刘易斯，阿曼达Neukirch，Vitaly Pavlenko，Hsinhan Tsai，Wanyi Nie，Sergei Tretiak，Jared Creochet和Los Alamos的Nathan Moody; Jacky甚至是法国雷恩电子和数字技术研究所;西北大学的梅里西·卡塔齐迪斯。该研究得到了陆军研究办公室，赖斯大学和德国大学大学的支持。