在过去的50年里，科学家们在将太阳光转化为电力的光伏技术，以及将太阳光和水转化为无碳燃料的人工光合作用装置方面取得了巨大的进步。但目前这些清洁能源的最先进技术仍然缺乏与电力或源自石油的燃料竞争的效率。现在，劳伦斯伯克利国家实验室、DESY、欧洲XFEL和德国弗赖贝格工业大学的科学家们在《自然通讯》上报告了他们发现的一种隐藏的电荷产生途径。

这种途径可以帮助研究人员开发出更高效的方法，将太阳光转化为电力或氢气等太阳能燃料。

在DESY自由电子激光器FLASH的帮助下，研究人员用超短的红外和X射线激光照射酞菁铜:富勒烯（CuPc:C60）材料，以290飞秒的时间分辨率研究其电荷产生机制。

将超短脉冲光与一种名为时间分辨X射线光发射光谱（TRXPS）的技术相结合，研究人员可以实时观察和统计CuPc:C60吸收的红外光子中有多少形成了有用的独立电荷，又有多少吸收的光子只导致材料加热。

伯克利实验室化学科学部高级科学家、本研究的共同作者Oliver Gessner说，他们的独特方法揭示了CuPc:C60中一条未知的途径，它能将吸收的红外光子中高达22%的红外光子变成独立电荷。

以前对CuPc:C60的研究通常是通过测量在光伏或光催化装置中使用该材料时产生的电荷或氢气或氧气的总量来评估系统的效率。“然而，这只能告诉你整个过程的效率如何，从光吸收直到水被分裂，”Gessner说。“但在这些系统中，有很多中间发生的事情还没有被很好地理解--如果我们不理解这些中间的步骤，我们就无法开发出更高效的采光系统。我们的研究将帮助人们开发出更好的模型和理论，这样我们才能达到目的。”