Il reste beaucoup à apprendre sur la façon dont la charge se déplace le long des molécules qui composent les couches de matériaux des cellules solaires. Ces détails sont restés cachés en raison des défis de observation en temps réel du mouvement des électrons et de leurs trous aux interfaces où se rencontrent deux matériaux de cellules solaires. En utilisant des impulsions ultraviolettes extrêmes ultrarapides, les chercheurs ont observé des trous injectés à travers les matériaux d'interface trouvés dans les cellules solaires hybrides à pérovskite. Les rafales de lumière ultraviolette extrême n'ont duré que quelques femtosecondes. Les rafales permises ultrarapides, mesures spécifiques à l'élément. Les expériences ont révélé quels états de l'atome de nickel sont les principaux accepteurs de trous.

Apprendre comment la charge se déplace dans les couches matérielles des cellules solaires pourrait révéler des paramètres de conception manquants. Ces paramètres pourraient permettre aux scientifiques de contrôler la façon dont la charge se déplace à l'intérieur des panneaux solaires ou des LED, y compris les futures conceptions basées sur de nouveaux matériaux.

Une connaissance détaillée du mouvement de charge en temps réel dans les matériaux des cellules solaires pourrait aider les scientifiques et les ingénieurs à concevoir de meilleures cellules solaires. Ici, les scientifiques doivent gérer à la fois les électrons et les trous qui restent. Spécifiquement, ils ont besoin d'un moyen de collecter et de déplacer les trous d'électrons, les endroits où les électrons pourraient être mais ne le sont pas. Mais il y a un problème.

Les états de surface des matériaux oxydés qui facilitent le transfert des trous sont difficiles à étudier car il est difficile de sonder directement entre les couches de matériaux, et la dynamique de charge est extrêmement rapide, rendant difficile leur suivi en temps réel. Les chercheurs ont mis au point une nouvelle façon d'examiner le transport de charges dans les matériaux en couches. Leur nouvelle approche leur a permis de regarder en temps réel comment les trous se forment et comment les électrons qui en résultent se déplacent, et ils ont démontré la méthode en caractérisant l'interface formée avec l'oxyde de nickel sur l'oxyde de fer. La méthode utilise la spectroscopie de réflexion-absorption ultraviolette extrême utilisant de minuscules rafales de lumière ultraviolette extrême d'une durée de quelques femtosecondes seulement.

Les salves courtes permettent de mesurer en temps réel la dynamique des électrons, et l'énergie d'éclatement permet des mesures spécifiques à l'élément dans les matériaux en couches. Ils ont découvert qu'un ion nickel transitoire (Ni 3 ⁺ ) se forme après que la lumière du soleil excite la couche d'oxyde de fer sous-jacente. Cela indique aux chercheurs comment fonctionnent les trous dans l'oxyde de nickel. En outre, les travaux de l'équipe ont montré que des trous sont injectés dans la couche d'oxyde de nickel via un processus en deux étapes commençant par un rapide, dissociation d'excitons (paire électron-trou) induite par le champ dans la couche de fer. Avec cette recherche, les scientifiques ont révélé la nature chimique de l'état d'accepteur de trous dans l'oxyde de nickel. Aussi, ils ont montré comment la dissociation des excitons et le transfert des trous interfaciaux se produisent à l'interface de l'oxyde de nickel et de l'oxyde de fer, une interface modèle.