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单线态裂变太阳能电池:一种将阳光转化为电能的有效方法

麻省理工学院的科学家通过单线态激子裂变方法敏化了现有的硅太阳能电池。 这可以将太阳能电池的效率从 18% 提高到 35%,从而使能量输出翻倍,从而降低太阳能技术的成本。

减少我们对化石燃料的依赖并为可持续的未来构建技术变得势在必行。 太阳能 是一种可再生资源 能源 在那里太阳光被转换成电能。 太阳能电池 最常见的是由硅制成,它使用光伏过程将阳光转化为电能。 串联电池也正在设计中,其中通常包括钙钛矿电池,其中太阳能电池的每个部分都可以利用来自其不同光谱的太阳能,从而具有更高的效率。 目前可用的太阳能电池受到其效率的限制,其效率仅为 15-22%。

3 月 XNUMX 日发表的一项研究 自然 已经展示了硅如何 太阳的 通过应用一种称为单线态激子裂变的效应,细胞效率可以提高到 35%。 在这种效果中,单个光粒子(光子)可以产生两个电子空穴对,而不是只有一个。 自 1970 年代发现单激子裂变以来,在许多材料中都可以看到它。 目前的研究旨在首次将这种效应转化为可行的太阳能电池。

研究人员将单激子裂变效应从并四苯(一种已知的表现出它的材料)转移到晶体硅中。 这种材料并四苯是烃有机半导体。 通过在激子并四苯层和硅太阳能电池之间放置额外的氧氮化铪薄层(8 埃)并将它们耦合来实现转移。

这种微小的氮氧化铪层充当了桥梁,使并四苯层中产生高能光子成为可能,然后触发硅电池中两个电子的释放,而不是通常的电子。 硅太阳能电池的这种敏化减少了热化损失并实现了更好的对光的敏感性。 太阳能电池的能量输出翻了一番,因为光谱的绿色和蓝色部分产生了更多的输出。 这可以将太阳能电池的效率提高到高达 35%。 该技术与串联太阳能电池不同,因为它只是为硅增加了更多的电流,而没有增加额外的电池。

目前的研究表明,简易单线裂变硅太阳能电池可以提高效率,从而降低太阳能技术的整体能源生产成本。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Einzinger, M. 等。 2019. 并四苯中单线态激子裂变对硅的敏化。 自然。 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4

赛欧团队
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