收获无技能的热电子可以提高太阳能电池板效率

时间：2021-08-30 15:52:05 来源：

这是在研究中使用的超快光谱的设置。

太阳能电池板的效率被“金发姑娘”问题所阻碍：光线需要刚刚转换为电压的正确量。能量太少，光子（光能包装）通过面板右侧通过。太多并且过量的能量消失为热量。已经尝试了几个技巧来收获高能量的光子。Groningen大学和南洋科技大学的科学家们现在已经表明，通过组合两种材料，使用过量的能量而不是浪费为热量。这可能会提高太阳能电池板的能量效率。

半导体将来自光子（光）的能量转换为电子电流。然而，一些光子为吸收材料带来过多的能量。这些光子产生“热电子”，“这些电子的过量能量被转化为热量。材料科学家一直在寻找收获这种多余能量的方法。来自格罗宁根大学和南洋科技大学（新加坡）的科学家现在表明，通过将钙钛矿与“热电子”的受体材料组合，这可能比预期更容易。他们的原则证明在11月15日11月15日的科学进展中发表。

在光伏电池中，半导体将吸收光子能量，而是仅来自具有正确的能量量的光子：太少并且光子通过材料右侧，过多并且过量的能量损失为热量。正确的量由带隙确定：最高占用的分子轨道（HOMO）与最低未占用的分子轨道（LumO）之间的能量水平差异。

纳米粒子

“通过高能光子生产的热电子的过量能量，由材料的材料非常迅速吸收，”格罗宁大学超氮频谱教授Maxim Pshenichnikov解释道。为了完全捕捉热电子的能量，必须使用带较大的带隙的材料。然而，这意味着在失去能量之前应该将热电子输送到该材料。当前收获这些电子的一般方法是减慢能量损失，例如通过使用纳米颗粒而不是散装材料。在这些纳米颗粒中，电子选择较少的选项，以释放多余的能量作为热量，“Pshenichnikov解释说。

结果表明，来自钙钛矿半导体的热电子易被Bphen吸收。

与南洋科技大学的同事一起，他是过去三年的访问教授，Pshenichnikov研究了一种系统，其中有机 - 无机杂交钙钛矿半导体与有机化合物洗涤酚（Bphen）组合，具有大的材料带隙。科学家们在钙钛矿中使用了激光来激发电子，并研究了产生的热电子的行为。

障碍

“我们使用一种称为泵 - 推动探测的方法，以两步，并在飞秒时间内研究它们，”Pshenichnikov解释道。这允许科学家们在佩洛夫斯基胞胎中产生电子的电子水平，在Bphen的带隙上方，没有令人振奋的电子。因此，这种材料中的任何热电子都来自钙钛矿。

结果表明，来自钙钛矿半导体的热电子易被Bphen吸收。“这种情况发生而没有需要减慢这些电子，而且，在散装材料中。因此，没有任何技巧，收获了热电子。'然而，科学家注意到所需的能量略高于Bphen带隙。“这是出乎意料的。显然，需要一些额外的能量来克服两种材料之间的界面处的屏障。

然而，该研究提供了对散装钙钛矿半导体材料中收获热电子原理的证据。Pshenichnikov：“用真实的能量进行实验，与可见光相当。下一个挑战是使用这种材料组合来构造一个真实的设备。

有关这项研究的更多信息，请阅读使用极快的激光器来开发能够收获更多电力的钙钛矿太阳能电池。

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参考：“通过泵浦推探测光谱亮相的CH3NH3PBI3中的热载体提取”通过SWEE SININ，David Giovanni，Qiannan Zhang，Ankur Solanki，Nur Fadilah Jamaludin，Jia Wei Melvin Lim，Nripan Mathews，Subodh Mhaisalkar，Maxim S.Pshenichnikov和Tze Chien Sum，2019年11月15日，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.aax3620

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