新技术在太阳能电池效率下产生了重大推动

在一个新出版的研究中，MIT研究人员详细说明了他们用于开发光伏器件的技术，所述光伏器件产生每个光子的多于一个电子，提高效率。

在整个对太阳能电池的研究中，一条公式被认为是将阳光转化为电力的这种装置的效率绝对限制：称为Shockley-Sequisser效率限制，它位于单个优化半导体结的最终转换效率永远不会超过34％。

现在，MIT的研究人员表明，随着当今的喷气式战斗机通过声音障碍放大时，有一种方法可以轻松地吹过这种限制 - 这也是曾经被视为最终的
极限。本周在期刊的报告中出现了他的工作。科学，由研究生共同撰写，包括Daniel Congleve，Nicholas Thompson，Eric Hontz和Shane Yost，Alumna Jiye Lee'12，以及Marc Baldo和Troy Van Voorhis教授。

自20世纪60年代以来，障击毁技术背后的原则是从20世纪60年代开始认识到的，这是麻省理工学院电气工程教授的Baldo。但这是一个有点晦涩的想法，即没有人成功地投入实践。麻省理工学院团队首次能够成功地表现出这个想法的成功“原则证明”，称为单态激子裂变。（激子是从光子吸收能量后分子的激发状态。）

在标准光伏（PV）电池中，每个光子敲击PV材料内部的一个电子。然后，可以通过导线利用松动的电子来提供电流。

但在新技术中，每个光子可以敲击两个电子松动。这使得这个过程更有效：在标准电池中，光子携带的任何过量的能量被浪费为热量，而在新系统中，额外的能量进入生产两个电子而不是一个电子。

虽然其他人以前“分裂了”光子的能量，但它们已经使用紫外线，地球表面的阳光相对较小的成分。新的工作是第一次使用可见光完成的第一次，为太阳能光伏板中的实际应用奠定了途径。

这是在有机太阳能电池中使用称为五烯的有机化合物完成的。虽然已知从一个光子生产两个激子的材料的能力，但是先前没有人能够将其纳入PV器件，其每个光子产生多于一个电子。

“我们的整个项目旨在表明这种分裂过程有效，”Baldo表示，由美国能源部赞助的兴奋剂中心主任。“我们展示我们可以通过这种障碍。”

很久以前就是这项工作的理论基础，说恭喜，但没有人能够在真正的运作系统中实现它。“在这个系统中，”他说，“每个人都知道你可以，他们只是在等待某人这样做。”

“这是我们一直在等待的地标活动，”Richard Friend of Cambridge大学的物理学教授在剑桥大学，他没有参与这项研究。“这真的很好的研究。”

由于这只是一个原则的第一个证据，因此该团队尚未优化系统的能量转换效率，仍然不到2％。研究人员说，通过进一步优化驾驶效率应该是一个简单的过程。“似乎没有基础障碍，”汤普森说。

虽然今天的商业太阳能电池板通常具有最多25％的效率，但是硅太阳能电池利用单线裂缝应使其可行的效率超过30％，Baldo表示 - 通常由慢速，增量标记的领域的巨大飞跃进步。在太阳能电池研究中，他注意到，人们正在努力“增加十分之一”。

通过将不同的太阳能电池堆叠在一起，也可以改善太阳能电池板效率，但是使用常规的太阳能电池材料组合太阳能电池是昂贵的。新技术，而是在太阳能电池上作为廉价涂层工作。

这项工作采用了已知的材料，但该团队正在探索可能表现出同样的技巧的新材料。“该领域正在致力于偶然的材料，”Baldo说 - 现在原则更好地了解，研究人员可以以更系统的方式开始探索可能的替代方案。

Christopher Bardeen是加州大学没有参与这项研究的滨江化学教授，称这项工作称为“非常重要”，并表示麻省理工学院团队使用的过程“代表了融入异国情调的光物理过程的第一步（裂变）进入真实的设备。这一成就将有助于说服该领域的工人，这一过程具有促进有机太阳能电池效率的实际潜力，以增加25％或更高。“

该研究在激励中心进行，并由美国能源部的支持。麻省理工学院提出了该技术的临时专利。

出版物：丹尼尔N. Congleve，等，“外部量子效率高于100％在100％以上的单线激子裂变的有机光伏电池”2013年4月19日科学：卷。 340号。 6130 pp 334-337; DOI：10.1126 / Science.1232994.

图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）

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