新的混合材料可能远远超过目前的太阳能效率限制

作者:符鄯郛

剑桥大学的科学家开发出一种将能量从有机半导体转移到无机半导体的新方法,可以提高广泛使用的无机太阳能电池的效率。研究人员开发出一种新方法,用于收集被称为“暗”自旋三重态激子的粒子所携带的能量,效率接近100%,为混合太阳能电池扫清了道路,远远超过了电流效率极限。这支来自剑桥大学的研究小组成功地获得了三重态激子的能量,这是一种激发的电子态,其能量在太阳能电池中被收集,并从有机半导体转移到无机半导体。迄今为止,这种类型的能量转移仅显示出自旋单线态激子。结果发表在Nature Materials杂志上。在自然界中,激子是光合作用的关键部分:光子被颜料吸收并产生激子,然后激子在整个植物中携带相关的能量。相同的过程在太阳能电池中起作用。在诸如硅的常规半导体中,当一个光子被吸收时,它导致形成一个可以作为电流提取的自由电子。然而,在并五苯(一种有机半导体)中,光子的吸收导致形成两个电子。但是这些电子并不是自由的,并且它们很难确定,因为它们在“暗”三重态激子态中被束缚。激子有两种“味道”:自旋单线态和自旋三线态。自旋单线态激子是“明亮的”,并且它们的能量在太阳能电池中收获相对简单。相反,三重自旋激子是“暗的”,电子旋转的方式使得它们难以收获它们携带的能量。 “制造更好的太阳能电池的关键是能够从这些黑暗的三重态激子中提取电子,”大学卡文迪什实验室的盖茨剑桥学者马克西姆·塔巴奇尼克说,该论文的主要作者。 “如果我们能将像并五苯这样的材料与像硅一样的传统半导体结合起来,它将使我们能够突破太阳能电池效率的基本上限。”利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,就可以容易地提取来自三联体的电子。 “将低成本,易加工的有机半导体的优势与高效的无机半导体相结合,可以使我们进一步提高无机太阳能电池的效率,例如硅制造的无机太阳能电池,”Akshay Rao博士说。工作背后的团队。该团队正在研究如何发现自旋三重态激子的能量转移可以扩展到其他有机/无机系统,并正在开发一种廉价的有机涂层,可用于提高硅太阳能电池的功率转换效率。剑桥的工作是利用物理科学中的高科技知识应对气候变化和可再生能源等全球挑战的更广泛计划的一部分。该计划得到了英国工程与物理科学研究委员会(EPSRC)和Winton可持续发展物理计划的支持。出版物:Maxim Tabachnyk等,“从并五苯到PbSe纳米晶体的三重态激子的共振能量转移”,Nature Materials(2014); doi:10.1038 / nmat4093来源:剑桥大学图片来源:....