瞬态吸收光谱在太阳能转化利用中的研究进展

doi:10.1016/j.actphy.2025.100118

物理化学学报 >> 2025, Vol. 41 >> Issue (9): 100118.doi: 10.1016/j.actphy.2025.100118

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瞬态吸收光谱在太阳能转化利用中的研究进展

张凤英¹^,², 梅杨林¹, 蒋毓蔓¹, 郑申申¹, 郑凯波³^,⁴, 周莹¹^,²^,*()

¹ 西南石油大学, 氢能绿色制储与高效利用川渝共建重点实验室, 四川成都 610500
² 西南石油大学新能源与材料学院, 四川成都 610500
³ Department of Chemical Physics and NanoLund Chemical Center, Lund University, Lund 22100, Sweden
⁴ Department of Chemistry, Technical University of Denmark, Kongens Lyngby DK-2800, Denmark

收稿日期:2025-04-24 修回日期:2025-06-09 录用日期:2025-06-10 发布日期:2025-07-04
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Research progress of transient absorption spectroscopy in solar energy conversion and utilization

Fengying Zhang¹^,², Yanglin Mei¹, Yuman Jiang¹, Shenshen Zheng¹, Kaibo Zheng³^,⁴, Ying Zhou¹^,²^,*()

¹ Sichuan-Chongqing Joint Key Laboratory of Green Hydrogen Production & Storage and Efficient Utilization, Chengdu 610500, Sichuan Province, China
² School of New Energy and Materials, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan Province, China
³ Department of Chemical Physics and NanoLund Chemical Center, Lund University, Lund 22100, Sweden
⁴ Department of Chemistry, Technical University of Denmark, Kongens Lyngby DK-2800, Denmark

Received:2025-04-24 Revised:2025-06-09 Accepted:2025-06-10 Published:2025-07-04
Contact: Email: yzhou@swpu.edu.cn. Tel.: +86-28-83032202 (Ying Zhou)
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摘要/Abstract

摘要：

随着超快激光技术的不断发展，时间分辨光谱技术已成为研究太阳能转化与利用领域中超快时间尺度下微观光物理机制的重要工具。瞬态吸收光谱(Transient Absorption Spectroscopy, TAS)作为研究光诱导超快电子转移与载流子动力学过程的重要技术，具有揭示光生载流子产生、分离、传输及复合等关键动力学过程的独特优势。本文围绕光-化学能转换和光-电能转换，概述了TAS技术在光催化和太阳能电池两大主要太阳能转化与利用领域的应用。首先，根据光催化(侧重载流子迁移参与表面反应)与太阳能电池(强调载流子界面分离效率)对载流子的不同需求，分别从电子调控、空穴调控和表界面过程三个方面概括了促进载流子迁移利用的设计策略与研究进展。然后，特别关注了原位光谱在光-电-热等复杂应用条件下对能源转换微观过程及性能的影响机制。最后，总结了对太阳能转化与利用领域基础研究的前瞻性发展方向，为太阳能转化材料、反应、器件的理性设计与性能优化提供理论支持。

关键词: 太阳能转化利用, 瞬态吸收光谱, 光催化, 太阳能电池, 原位光谱

Abstract:

With the development of ultrafast laser technology, time-resolved spectroscopy has become an essential tool to study the microscopic photophysical mechanisms on ultrafast time scales in the field of solar energy conversion and utilization. Transient absorption spectroscopy (TAS), as an essential technology for studying photoinduced ultrafast electron transfer and photo-induced carrier dynamics, has the unique advantage of revealing key dynamic processes, such as the generation, separation, transport, and recombination of photogenerated carriers. Focusing on light-to-chemical and light-to-electrical energy conversion, this review summarizes TAS applications in two primary solar energy conversion systems: photocatalysis and solar cells. Firstly, according to the different requirements of photocatalysis (emphasizing migration for surface reactions) and solar cells (highlighting interfacial carrier separation efficiency), we summarize design strategies and recent advances for enhancing carrier utilization from three perspectives: electron manipulation, hole manipulation and surface interfacial processes. Subsequently, special attention is given to how in situ spectroscopy elucidates the influence mechanisms of microscopic energy conversion processes and device performance under complex application scenarios involving photo-electro-thermal couplings. Finally, the forward-looking development direction of basic research in solar energy conversion and utilization is summarized, which provides theoretical support for rational design and performance optimization of solar energy conversion materials, reactions, and devices.

Key words: Solar energy conversion and utilization, Transient absorption spectroscopy, Photocatalysis, Solar cells, In situ spectroscopy

张凤英, 梅杨林, 蒋毓蔓, 郑申申, 郑凯波, 周莹. 瞬态吸收光谱在太阳能转化利用中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9), 100118. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100118

Fengying Zhang, Yanglin Mei, Yuman Jiang, Shenshen Zheng, Kaibo Zheng, Ying Zhou. Research progress of transient absorption spectroscopy in solar energy conversion and utilization[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2025, 41(9), 100118. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100118

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.1016/j.actphy.2025.100118

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2025/V41/I9/100118

图/表 9

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瞬态吸收光谱在太阳能转化利用中的研究进展

Research progress of transient absorption spectroscopy in solar energy conversion and utilization

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