新的混合材料远远超过当前的太阳效率限制

时间：2021-06-02 09:52:09 来源：

剑桥大学的科学家开发了一种从有机转移到无机半导体的能量的新方法，这可以提高广泛使用的无机太阳能电池的效率。

研究人员制定了一种新的方法，用于收获被称为“暗”旋转三重态激子的颗粒携带的能量，接近100％的效率，清除了混合太阳能电池的方法远远超过电流效率限制。

来自剑桥大学的团队成功地收获了三联激子的能量，这是一种激励的电子状态，其能量在太阳能电池中收获，并将其从有机转移到无机半导体中。迄今为止，只有针对旋转态激子显示出这种类型的能量转移。结果在杂志上发表在自然材料。

在自然界中，激子是光合作用的关键部分：光照光子被颜料吸收并产生激子，然后在整个植物中携带相关的能量。同样的过程在太阳能电池中工作。

在诸如硅的传统半导体中，当一个光子被吸收时，它导致形成一个可自由电子，其可以作为电流提取。然而，在五段，一种有机半导体中，光子的吸收导致两个电子的形成。但这些电子没有自由，它们难以放下，因为它们在“黑暗”三联兴趣状态内。

激子有两个'口味'：旋转单线和旋转三重态。旋转态激子是“明亮”，它们的能量相对简单地在太阳能电池中收获。相比之下，Triplet-Spin激子是“黑暗”，以及电子旋转使得它们携带的能量难以收获的方式。

“制造更好的太阳能电池的关键是能够从这些黑暗的三联兴趣中提取电子，”大学剑桥学者的Maxim Tabachnyk说，在大学的Cavendish实验室和纸张的领先作者。“如果我们可以将五章等材料与硅等传统半导体相结合，它可以让我们突破太阳能电池效率的基础天花板。”

使用最先进的飞秒激光光谱技术，该团队发现三重态激子可以直接转移到无机半导体中，转移效率超过95％。一旦转移到无机材料，可以容易地提取来自三胞胎的电子。

“将具有高效无机半导体的低成本且易于加工的有机半导体的优点可以使我们能够进一步推动无机太阳能电池的效率，如硅制成的那样，”罗申博士说工作背后的团队。

该团队现在研究了旋转三重态激子的发现能量转移如何扩展到其他有机/无机系统，并且正在开发廉价的有机涂层，可用于提高硅太阳能电池的功率转换效率。

剑桥的工作形成了更广泛的倡议，以利用物理科学中的高科技知识来解决气候变化和可再生能源等全球挑战。这项倡议由英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）和可持续性物理学计划支持。

出版物：Maxim Tabachnyk，等人，“三胞胎激素的共振能量转移来自五苯甲酸酯至PBSE纳米晶体”的自然材料（2014）; DOI：10.1038 / NMAT4093

图像：Maxim Tabachnyk.

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