太阳能技术利用太阳能电池将太阳光转化为电能或可储存的燃料，在一个不再依赖化石燃料来满足其能源需求的世界中，这种技术正在获得发展势头。
如今点缀在屋顶和空地上的深蓝色太阳能电池板通常由硅制成，硅是一种经过充分测试的半导体材料。然而，硅光伏技术有其局限性，它以热废物的形式损失了从太阳光中收集的高达 40% 的能量。科罗拉多州立大学的研究人员正在研究改进太阳能发电的全新方法，并为该行业提供更多可供探索的选择。
CSU 化学家提议不使用硅，而是使用一种叫做二硫化钼的大量可用的天然材料来制造太阳能电池。研究人员创造性地结合了光电化学和光谱技术，进行了一系列实验，表明极薄的二硫化钼薄膜显示出前所未有的载流子特性，有朝一日可以极大地改善太阳能技术。
实验由化学博士领导。学生 Rachelle Austin 和博士后研究员 Yusef Farah。Austin 在化学系副教授 Justin Sambur 和同系副教授 Amber Krummel 的实验室共同工作。Farah 是前博士。Krummel 实验室的学生。他们的工作发表在 美国国家科学院院刊上。
此次合作汇集了 Sambur 在使用纳米级材料进行太阳能转换方面的专业知识，以及 Krummel 在超快激光光谱方面的专业知识，以了解不同材料的结构及其行为方式。Sambur 的实验室已经开始对硫化钼作为一种可能的替代太阳能材料感兴趣，这是基于其光吸收能力的初步数据，即使只有三个原子厚，Austin 解释说。
那时他们求助于 Krummel，他的实验室拥有最先进的超快泵浦探针瞬态吸收光谱仪，可以非常精确地测量单个电子在被激光脉冲激发时的连续能量状态。使用这种特殊仪器进行的实验可以提供电荷如何在系统中流动的快照。奥斯汀使用硫化钼单原子层创建了光电化学电池，她和法拉赫使用泵浦探测激光器跟踪电子在材料中移动时的冷却情况。
他们发现了惊人高效的光能转换。更重要的是，激光光谱实验使他们能够证明 为什么 这种有效的转换是可能的。
他们发现这种材料非常善于将光能转化为能量，因为它的晶体结构允许它提取和利用所谓的热载流子的能量，热载流子是高能电子，当受到足够多的可见光撞击时，它们会短暂地从基态激发光。Austin 和 Farah 发现，在他们的光电化学电池中，来自这些热载流子的能量立即转化为光电流，而不是作为热量散失。这种热载流子提取现象在传统的硅太阳能电池中是不存在的。
“这项工作为了解如何设计包含这些纳米级材料的反应器以实现高效和大规模的氢气生产铺平了道路，”Sambur 说。
该项目是与科罗拉多大学博尔德分校的 Andrés Montoya-Castillo 教授和 Thomas Sayer 博士合作完成的，他们贡献了理论化学和计算模型来帮助解释和验证实验数据。
“这一发现需要一种‘团队科学’方法，将计算、分析和物理化学方面的许多不同类型的专业知识汇集在一起，”Krummel 说。
研究结果为科学家和工程师提供了探索未来太阳能技术新方法的途径。这项工作得到了美国能源部基础能源科学办公室的支持。
