激子裂变一个光子进两个电子出

“当并五苯被光激发时，材料中的电子会迅速反应，”该研究的资深作者 Ralph Ernstorfer 教授解释道。“这是一个开放且非常有争议的问题，一个光子是直接激发两个电子，还是最初激发一个电子，随后与另一个电子共享能量。”

为了揭开这个谜团，研究人员使用了时间和角度分辨光电子能谱，这是一种在飞秒时间尺度(即十亿分之一秒)内观察电子动力学的尖端技术。这种超快电子电影摄影机使他们能够首次捕捉到转瞬即逝的激发电子的图像。

“看到这些电子对于破译这个过程至关重要，”弗里茨哈伯研究所的亚历山大·尼夫和该研究的第一作者说。“一个激发的电子不仅具有特定的能量，而且还以不同的模式运动，这些模式被称为轨道。如果我们能看到它们的轨道形状以及它们如何随时间变化，就更容易区分电子。”

借助手头超快电子电影的图像，研究人员首次根据电子的轨道特征分解了激发电子的动力学。“我们现在可以肯定地说，只有一个电子被直接激发，并确定了激发倍增过程的机制，”Alexander Neef 补充道。

了解激子裂变的机制对于将其用于光伏应用至关重要。用激发倍增材料增强的硅太阳能电池可以将太阳能转化为电能的效率提高三分之一。这种进步可能会产生巨大的影响，因为太阳能将成为未来的主要能源。今天已经有大量投资流入这些第三代太阳能电池的建设。