Justin Sambur 博士 科罗拉多州立大学自然科学学院化学系助理教授
如何将光转化为电？这是21世纪以来能源短缺背景下，人类共同面临的重大问题。人类已知的最小材料——纳米材料或许能帮助我们解决面临的最大问题之一。纳米材料能将太阳能转化为化学燃料或电能，是极具潜力的低成本光吸收剂。然而，其较低的能量转换效率始终阻碍着光伏行业的进一步发展。
Justin Sambur 博士来自科罗拉多州立大学自然科学学院，作为化学系助理教授，他正致力于利用纳米技术，为开发高效的绿色能源开辟新捷径。
二维石墨烯、二硫化钼和二硒化钼等超薄半导体材料，常被用于 LED、太阳能电池和晶体管等光电产品的制造。Sambur 博士向我们介绍道：“这些材料的形状、大小和厚度有时各不相同，那么材料结构和器件转换效率是怎样的关系？我的团队对此非常感兴趣。”
研究团队首先从材料本身入手，进行了一系列测试分析。“我们分别研究了超薄半导体材料的一个原子厚度和三个原子厚度的不同性能，发现材料厚度和能量转换效率之间存在非常有趣的非线性关系。” Sambur 博士说。研究组推测，由于材料非常薄，周围的环境会对它的性能产生巨大的影响，而影响因素之一可能就是基板或导电电极。该小组计划改变基板或导电电极的材料，以期获得更优的能量转换效率。
此外，研究团队还尝试通过模型系统，对器件的基本结构及功能进行研究。经测算，目前纳米材料制成的器件，其能量转换效率大约为 1%。“但未来可以将器件在纳米结构上做优化，以此来解决这个问题。例如把它们放在高比表面积的衬底上，” Sambur 博士说。“将器件覆盖在建筑物或者山坡表面，这样就能形成高效的载流子倍增效应。“也就是说，一个光子激发的细胞产生两个电子，从而获得双倍的电流。这样就可以提高能量转换效率。
“如果我们能够了解这些材料并利用其中的物理学，就可以拥有下一代超薄材料。”Sambur 博士说。这种超薄材料将用于制造灵活轻便的设备。人们不仅能将它绕在柱子上作为日常用品进行照明，更能为宇宙飞船充电进行深度太空探索。事实上，Sambur 博士的研究项目是由美国空军资助的，因为在航空航天领域，轻质的太空光伏电池研发是非常重要的一环。
HORIBA 定制多功能共聚焦光谱系统
要揭开材料结构与器件功能之间的奥秘，离不开先进的科学仪器。 Sambur 博士的实验室里有一套定制的 HORIBA SMS 显微光谱测量系统。这套 SMS 基于标准显微镜搭建，可采用多种光源和探测器，并具备用于光谱学和宽视场成像的专用系统。HORIBA Scientific 产品经理 Francis Ndi 表示， SMS 能够将多种类型的分析技术添加到标准显微镜中，实现拉曼光谱、光致发光、反射率和光电流测试。正因如此，它拥有强大的多任务处理能力，包揽下众多显微光谱分析测试工作。
Sambur 说：“它之所以如此出色，是因为我们可以在成像和光谱模式之间实现快速切换。这让我们在’观测’到样品后，就能立即对感兴趣的特定区域进行各种光谱测量。”
而在聊到“为什么选择定制？”这个问题时，Sambur 博士表示：“我们希望能够以多种不同的方式来激发样品，而 SMS 做到了。“ 除了作为单分子荧光显微镜，SMS 还可以用于面扫描，通过显微镜背面的激光器激发，测量样品发出的光或产生的光电流。正是由于优秀的开放性，SMS 系统得以兼具多项额外的功能，大大提高了团队的实验效率。这套定制光谱解决方案由HORIBA 提供，显微镜及光谱仪等核心部件皆出自 HORIBA。
另外，HORIBA Scientific 的 LabSpec 6 光谱软件是 Sambur团队的重要帮手。该软件的易用性及其兼容性，让实验室各个仪器实现了实时互联。“在任何时候，我们的显微镜都在与多种不同的仪器对话，这给我们的研究工作带来极大的便利。” Sambur 博士说。
Sambur 博士和他的团队正在进行基础研究，有望被其他科学家接手并最终实现商业化。我们期盼着下一代超薄太阳能材料的问世，为能源领域的发展注入源源不断的超能动力！
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