不可能?矽光電轉化理論效率或被突破

一直以來,光伏行業都認為矽電池的光電轉化理論效率為29%,組件效率不會超過25%,除非采用多結、異質結、聚光等技術。因為在入射光的能源中,20%至30%為透射損失,約30%為量子損失,約10%為載流子複合、表麵反射損失及串聯電阻損失等。然而,美國研究人員日前的最新研究發現,通過實現矽、碳基分子的能量
Admin     2019-12-5 9:41:13
  一直以來,光伏行業都認為矽電池的光電轉化理論效率為29%,組件效率不會超過25%,除非采用多結、異質結、聚光等技術。因為在入射光的能源中,20%至30%為透射損失,約30%為量子損失,約10%為載流子複合、表麵反射損失及串聯電阻損失等。
  然而,美國研究人員日前的最新研究發現,通過實現矽、碳基分子的能量轉移,有望大幅突破矽電池理論轉化效率極限。這一突破性的發現對量子計算中的信息存儲、光電轉換和醫學成像具有重要意義!!!!
  德克薩斯大學奧斯汀分校和加州大學河濱分校的一組研究人員發現,不同顏色的光由光子組成,光子攜帶光的能量。矽可以有效地將紅色光子轉化為電能,但是藍色光子攜帶的能量是紅色光子的兩倍,矽失去的大部分能量都是熱。

  這一新發現為科學家們提供了一種提高矽效率的方法,即將矽與碳基材料配對,將藍色光子轉換成紅色光子對,從而更有效地被矽利用。這種混合材料還可以調整為反向操作,吸收紅光並將其轉換為藍光。



  圖:通過等離子工藝處理矽烷氣體生成矽納米晶體


  將矽與之配對的有機分子是一種叫做Anthracene的碳灰,基本上是煤煙。研究成果描述了一種將矽與蒽進行化學連接的方法,產生一條分子電源線,使能量在矽和類灰物質之間傳遞。通過微調這種材料,使其對不同波長的光產生反應。
  想象一下,對於量子計算來說,能夠調整和優化一種材料,把一個藍色光子變成兩個紅色光子,或者把兩個紅色光子變成一個藍色。它非常適合信息存儲。
  而對於光伏來講,能將一個不能發電的藍色光子轉化成能發電的兩個紅色光子,矽基材料的光電轉化效率將成倍增加。
  四十年來,科學家們一直假設,將矽與一種更好地吸收藍光和綠光的有機材料配對,以尋求提高矽材料光電轉化能力。
  通常每個光子能量隻能激發單個電子,即使該光子攜帶能激發兩個電子所需的能量。半年前,麻省理工學院的研究人員發現並證明了一種方法,可以讓高能光子撞擊矽材料激發出兩個電子而不是一個電子,這個方法為新型太陽能電池打開了一扇門,有望使晶矽太陽能轉化效率從29%的理論極限突破到35%。
  而德州大學和加州大學研究人員的發現,更有望讓晶矽光電轉化效率成倍提高。
  實現從碳基材料到矽的一種特殊的能量轉移,科學家稱為“自旋三重態激子轉移”,科學家們介紹了如何通過連接矽納米晶和蒽的微小化學線打破僵局,這是他們第一次實現預測的能量轉移。
  科學家表示,目前的挑戰是如何從這些有機材料中獲得成對的激發電子並將其轉化為矽。不是簡單的堆疊,而是在矽和這種材料之間建立一種新型的化學界麵,使它們能夠進行電子通信。
  研究人員測量了一種特殊設計的附著在矽納米晶體上的分子的效果,利用超快激光發現,這兩種材料之間的新型分子線不僅快速、有彈性、高效,而且能有效地將約90%的能量從納米晶轉移到分子上。
  一旦實現能力轉移,科學家就可以利用這種化學物質製造出吸收和發射任何顏色光的材料。

  這項研究成果已經發表在《自然化學》雜誌上。



來源:光伏測試網




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