最新研究氧气为太阳能电池研究注入新的活力

澳大利亚和美国的科学家已经能够将低能光“上转换”为高能光,高能光可以以新的方式被太阳能电池捕获,氧气是令人惊讶的秘密成分。结果今天发表在《自然光子学》上。

最新研究氧气为太阳能电池研究注入新的活力

ARC激子科学卓越中心和UNSW Sydney的资深作者Tim Schmidt教授说,虽然该方法的效率相对较低,需要更多工作才能实现商业化,但这项研究是令人兴奋的发展。

施密特教授解释说:“来自太阳的能量不仅仅是可见光。”

他说:“光谱范围很广,其中包括使我们发热的红外光和可以灼伤我们皮肤的紫外线。

“大多数太阳能电池,电荷耦合器件(CCD)照相机和光电二极管(将光转换为电流的半导体)都是由硅制成的,硅不能响应比近红外低能的光。

“这意味着我们许多当前的设备和技术都没有使用光谱的某些部分。”

为了扩大这些设备的灵敏度范围,并潜在地提高太阳能电池的效率,一种策略是“上转换光”,将低能光转换为能激发硅的高能可见光。

施密特教授说:“这样做的一种方法是捕获多个较小的能量光子,并将它们粘合在一起。”

“这可以通过使激子(有机分子中的激子相互作用(电子和电子空穴的束缚态可以传输能量而不传输净电荷)来完成”。

到现在为止,这一直没有实现超过硅带隙,硅带隙是将硅中的电子激发到能参与导电的状态所需的最小能量。但是,悉尼新南威尔士大学的Exciton Science研究人员解决了这一挑战。他们将熟悉的敌人-氧气-变成了一个不太可能实现目标的朋友。

与RMIT大学和肯塔基大学的合作者一起,研究人员使用半导体量子点(纳米级人造晶体)吸收低能光,并利用分子氧将光转移至有机分子。

通常,氧对分子激子有害,但是在如此低的能量下,氧的作用会发生变化,并且它可以介导能量转移,从而使有机分子在硅带隙上方发出可见光。

RMIT大学的特约作者Jared Cole教授说:“有趣的是,经常没有氧气,很多事情都会起作用。一旦允许氧气进入,它们就会停止工作。

“正是阿喀琉斯之heel毁了我们所有的计划,但现在,我们不仅找到了解决办法,而且突然对我们有所帮助。”

效率仍然很低,但是科学家们有策略在不久的将来对此进行改进。

施密特教授说:“这只是一个早期的示范,制造商业太阳能电池需要大量材料开发,但这向我们表明了可能。”

悉尼大学新南威尔士分校的主要作者埃勒姆·格洛里扎德(Elham Gholizadeh)对这项工作对研究领域产生积极积极影响的潜力表示乐观。

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