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混合材料如何千倍提升光伏电池转换效率
2021-09-08 11:00:45  来源:哈巴资讯网 

  随着新能源的不断开发与使用,科学家们也在思考如何能够充分利用新型能源资源,降低在使用过程中的一些不必要损耗。于是,一种用于新型混合材料应运而生,使用该材料后可以让原先被浪费的部分转化为电能,从而大大提升了太阳能的转换效率。

  美国加州大学的Christopher Bardeen教授及其研究团队通过一系列实验研究后发现,混合分子纳米晶体可以将两种低能光子相结合产生一种高能光子,不仅使太阳能转换效率达到了最大化,而且极大地降低了成本,这标志着人类在太阳能电池制备领域迈出了重要的一步。

  图片说明:(a)当一束绿色激光照射到包覆有机材料的硒化镉上时,它会转化为更高能的光;(b)而照射到包覆着其他材料的硒化镉上时,光将直接通过。

  科学家们指出,彩虹即是由不同波长的光子组成的,波长不同,其散发出的能量也不同,总的来说,光子的波长越长,能量越低,而这也为太阳能工程师们制备太阳能电池提供了灵感。太阳能电池的工作原理即是使光子与电子相互作用,将光子的能量转化为电能。

  所有的太阳能电池都有一个带隙(导带的最低点和价带的最高点的能量之差,带隙越大,导带的电导率也就越低),在使用过程中,太阳能电池仅能利用能量高于带隙的光子,而低于带隙的光子能量却不能得到很好的利用。这样一来,太阳能电池对太阳光的捕获率还不到34%,而如果能将两种低能光子结合成一种能量高于带隙的光子,则多余的能量就能被捕获,从而提高太阳能电池的转换效率。具体来说这种转换过程为:一个光子将其中一个电子的能量提高至激发态,而在电子变回到基态之前时会出现另一个光子;接着第二个光子便将电子的能量再次提高至更高的激发态,而当电子再次变为基态时,它便将两者的能量通过单个波长更短的光子释放出来。

  那么如何使光子发生上述转换呢?Bardeen通过一系列实验研究后发现,外表包覆有机分子红荧烯和二苯基蒽的硒纳米晶体可将近红外光子转化为波长为550纳米的橙黄光。Berdeen说:“这种硒纳米晶体吸收了两个光子,然后将其能量传递给其中的有机成分,从而使有机化合物产生一种高能光子。简单来说,即先由复合材料中的无机物吸收光子然后再通过有机物将其释放出来。”Berdeen指出,通过对红外光进行“特殊处理”,极大地提高了太阳能电池对太阳光的吸收率,使太阳能电池的电能转换效率提升了1000倍。


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