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一个光子换两个电子,太阳能电池效能大提升

2019年7月11日7:28 环球解密

    一项由化学、电气工程和电脑多领域科研人员合作的新研究,将硅基太阳能电池的理论最大转换效率从29.1%提升至35%。


    硅基太阳能电池原理示意图。


    传统硅基太阳能电池转换效率很有限,部分原因由于一个光子只能释放一个电子。这份由麻省理工学院(MIT)和普林斯顿大学(Princeton University)多领域科学家合作的研究,找到了让一个光子具有的能量释放两个电子的方法,极大地提升了硅基太阳能电池的转换率。

    研究者之一、麻省理工的电气和电脑教授Marc Baldo说,他们团队在六年前已证明这种理论的可行性,但是花了这么多年才造出可操作的实验。

    Baldo说,让一个光子释放两个电子的关键在于使用具有“激发态”特性的四苯(tetracene)有机表面材料。这种材料先吸收光子,产生的激子(exciton)能够快速将光子的能量分成两份。

    然而,要把收集到的能量从四苯表面层传递到非激发态的硅基电池也不是一个容易的过程。研究者称,以前的研究从来没有成功过。

    这个研究组找到了一种只有几个原子厚(<;1纳米)的中间层,起到了把能量从四苯层传递给硅基电池的“完美桥梁”的作用。这使得等量的太阳蓝绿光谱可产生双倍的能量。

    研究者们的实验显示,总体上这种方法把硅基太阳能电池的最高转换率从29.1%提升至35%。

    研究者们表示,实际硅基电池和这种新材料的效率仍未达到最大化,有待进一步研究优化,但是这项实验证明其中“最难的一个步骤”已经解决。

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