佛羅里達(dá)州立大學(xué)的一組研究人員正在開(kāi)拓創(chuàng)新的方法，讓太陽(yáng)能電池吸收并利用紅外光。紅外光是太陽(yáng)能電池技術(shù)通常無(wú)法獲得的光譜的一部分。

其研究成果發(fā)表在《物質(zhì)》(Matter)和《物理化學(xué)快報(bào)上的兩項(xiàng)新研究中。化學(xué)和生物化學(xué)助理教授Lea Nienhaus說(shuō)：我們正在研究一種優(yōu)化太陽(yáng)能電池效率的方法，主要目的是優(yōu)化太陽(yáng)能應(yīng)用的這一過(guò)程。

Nienhaus和博士后研究員Sarah Wieghold為太陽(yáng)能電池創(chuàng)造了一種新方法，以促進(jìn)光子上轉(zhuǎn)換過(guò)程。在光子上轉(zhuǎn)換過(guò)程中，兩個(gè)低能光子被轉(zhuǎn)換成一個(gè)高能光子并發(fā)出可見(jiàn)光。通常，這些設(shè)備使用金屬有機(jī)分子或半導(dǎo)體納米晶體來(lái)敏化光子的上轉(zhuǎn)換，但是Nienhaus和Wieghold使用了一層鹵化鉛鈣鈦礦薄膜，這是一種很有前途的太陽(yáng)能電池材料。鈣鈦礦與一種叫做橡膠的碳?xì)浠衔锝Y(jié)合，這種碳?xì)浠衔飼?huì)發(fā)出向上轉(zhuǎn)換的光。

這一過(guò)程背后的想法是創(chuàng)造更有效的太陽(yáng)能電池，可以檢測(cè)和利用紅外線(xiàn)。紅外光譜中的波長(zhǎng)沒(méi)有足夠的能量來(lái)激發(fā)典型太陽(yáng)能電池中的電子，因此不是一種可行的能量來(lái)源。這意味著有大量的太陽(yáng)光譜不能被太陽(yáng)能電池吸收，想把紅外光轉(zhuǎn)換成一種可以被太陽(yáng)能電池看到和使用的波長(zhǎng)。為了設(shè)備效率，研究人員需要制造一種厚度剛好合適的鈣鈦礦薄膜。測(cè)試了20、30、100和380納米厚的薄膜。當(dāng)厚度超過(guò)30納米時(shí)，上轉(zhuǎn)換過(guò)程在太陽(yáng)能條件下變得有效。

為了優(yōu)化設(shè)備性能，研究人員改變了吸收劑——鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的厚度。當(dāng)Nienhaus和Wieghold進(jìn)行測(cè)試時(shí)，還發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備的行為方式不同尋常。雖然該裝置將紅外光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，鈣鈦礦也重新吸收了部分在上轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的可見(jiàn)光。使用鈣鈦礦薄膜是一種權(quán)衡，用橡膠制造更多可見(jiàn)光并不意味著更多的光從設(shè)備中出來(lái)，這是違反直覺(jué)的。因此，需要更詳細(xì)設(shè)備工程來(lái)優(yōu)化設(shè)備中紅外線(xiàn)與可見(jiàn)光的比例。

博科園｜研究/來(lái)自：佛羅里達(dá)州立大學(xué)

參考期刊《物理化學(xué)快報(bào)》

DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b01526

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