洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究者和他们的合作者采用一种先进的光谱学方法表明：石墨烯具有将单个光子转换成多个电子的能力，这些电子具有足够的能量形成电流。这项发现有利于未来光伏器件的发展。

洛桑联邦理工学院光电子能谱实验室与奥胡斯大学（Aarhus University）、埃尔兰根—纽伦堡大学（Universität Erlangen Nürnberg）、圣安德鲁斯大学（the University of St. Andrews）、意大利同步辐射实验室（Elettra）、卢瑟福·阿普尔顿实验室（the Rutherford Appleton Laboratory）、开姆尼茨工业大学（Technische Universität Chemnitz）、的里雅斯特大学（the University of Trieste）和 TASC实验室就该项目展开合作。

石墨烯因其重量轻、强度大的特点，如今得到了广泛的关注。同时由于它可以在不同类型的材料上面生长或者从石墨材料上剥离从而可以进行低成本生产。如今关于石墨烯的研究主要集中在将其用于以光电转换为基础的光伏领域。本研究中，石墨烯用于光电转化方面的特性通过一种先进的光谱学方法来进行表征。

从基础物理的角度来看，和其他材料（例如铜）相比，在室温条件下石墨烯具有更优良的导电性能，这使得其非常适合用于超高速电路。不仅如此，石墨烯具有吸收光以后能导电的性质，这使得它应用于光伏器件成为可能，因而石墨烯引起了研究人员的广泛兴趣。然而，到目前为止，石墨烯的光电转换效率方面的研究还不是很乐观，仍然需要进一步研究。

由于光电转换发生在飞秒尺度，然而在这个尺度上，传统技术对于追踪电子的运动无能为力。为了解决这个难题，洛桑联邦理工学院Marco Grioni实验室的Jens Christian Johannsen与来自意大利同步辐射实验室以及奥胡斯大学的合作者们采用超快时间和角分辨光电子能谱(trARPES)进行研究。本研究就是在卢瑟福·阿普尔顿实验室完成的。

研究者将石墨烯置于一个超高真空腔室内，然后采用超快“泵”脉冲激光照射石墨烯样品。石墨烯中的电子由于被激发，处于较高能级的激发态从而可以形成电流。当这些电子处于较高能级时，使用具有时间延迟的探针脉冲轰击石墨烯样品，从而获得每个电子所具有的能量。研究者们在不同时间点重复着这样的操作，因此可获得运动电子的动态序列。

本研究同时也采用了掺杂后的石墨烯样品进行研究。研究人员发现当单个电子被掺杂的石墨烯吸收以后，能激发大量的电子，且激发的电子数正比于掺杂量。由于连锁效应，激发后的电子迅速回到基态时会再次激发两个电子。

“这表明使用掺杂石墨烯的光伏器件在光电转换方面具有明显的效率”——Marco Grioni如是评价道。

这是首次直接研究石墨烯的光电倍增效应，实验结果表明石墨烯在用于基于光电转换的器件方面具有无限的潜力。和当前的系统相比，使用石墨烯的新颖光伏器件在整个太阳光谱范围内可以获得光能，同时还可减少能量损耗。

基于这项先进的研究技术和此研究的成功，研究人员目前计划研究在硫化钼（MoS₂）和其他二维材料中的类似的效应， 这是因为硫化钼具有令人惊叹的催化和电子特性。

本研究已经发表在《纳米快报》杂志上。