美澳科學(xué)家太陽能電池技術(shù)創(chuàng)新 突破光伏電池靈敏度的界限

導(dǎo)讀：澳大利亞和美國的科學(xué)家已經(jīng)成功將將光從硅帶隙下方“上轉(zhuǎn)換”為高能光，硅太陽能電池可以捕獲高能光。

許多太陽能技術(shù)都沒有利用到光譜的某些部分，但澳大利亞和美國的科學(xué)家們正在推動(dòng)光伏電池靈敏度的發(fā)展，將低能量的光轉(zhuǎn)化為能激發(fā)硅的更有能量的可見光。研究人員利用氧氣作為光轉(zhuǎn)換催化劑，通過光化學(xué)“上轉(zhuǎn)換”實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。

雖然已經(jīng)開發(fā)出了在近紅外光子能量上轉(zhuǎn)換光的系統(tǒng)，但在硅帶隙之下的上轉(zhuǎn)換一直無法實(shí)現(xiàn)。新南威爾士大學(xué)悉尼分校的研究人員以及來自RMIT大學(xué)和肯塔基大學(xué)的科學(xué)家最近在《自然光子學(xué)》上解釋說，他們展示了一種上轉(zhuǎn)換成分，利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)吸收低能量的光，并利用分子氧將光轉(zhuǎn)移到有機(jī)分子上。

新南威爾士大學(xué)教授蒂姆·施密特表示一種上轉(zhuǎn)換光的方法是捕獲多個(gè)較小的能量光子，并將它們粘在一起。施密特解釋說:“這可以通過激子相互作用來實(shí)現(xiàn)，激子是電子的束縛態(tài)，電子空穴可以傳輸能量而不傳輸凈電荷。”

為了擴(kuò)大太陽能電池的靈敏度范圍，研究人員使用了氧氣，氧氣通常對(duì)分子激子有害。但是，他們證明了氧可以介導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移，從而使有機(jī)分子在硅帶隙上方發(fā)出可見光。

RMIT大學(xué)的賈里德·科爾教授說：“有趣的是，在沒有氧氣的情況下，很多東西都能正常工作。一旦你允許氧氣進(jìn)入，它們就停止工作。這是毀了我們所有計(jì)劃的致命弱點(diǎn)，但現(xiàn)在，我們不僅找到了繞過它的方法，它突然間幫助了我們。”

研究人員使用PBS半導(dǎo)體納米晶體增敏劑來吸收硅帶隙以下的光子，并填充在單態(tài)態(tài)氧能量以下的紫蒽酮三態(tài)。在兩個(gè)單線態(tài)氧分子的能量傳遞之后，三態(tài)紫羅蘭色團(tuán)在可見光譜中發(fā)光。

新南威爾士悉尼大學(xué)的首席作者Elham Gholizadeh說：“硫蒽酮并沒有完美的光致發(fā)光量子產(chǎn)量，所以下一步將是尋找更好的分子。但我非常有希望，并且認(rèn)為我們可以迅速提高效率。”

據(jù)微鋰電小組調(diào)查，由于效率仍然很低，科學(xué)家們說，要將這項(xiàng)技術(shù)用于商業(yè)太陽能電池，還需要大量的材料開發(fā)。