新型單線態(tài)激子裂變敏化太陽(yáng)能電池，采用并五苯，每吸收一個(gè)藍(lán)光光子，可產(chǎn)生兩個(gè)電子。來(lái)源：劍橋大學(xué)
新的太陽(yáng)能電池可以增加太陽(yáng)能電池板的最大效率，增幅達(dá)25％以上，這是根據(jù)英國(guó)劍橋大學(xué)（University of Cambridge）的科學(xué)家所說(shuō)。
這些科學(xué)家來(lái)自劍橋大學(xué)物理系卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory），他們開發(fā)出一種新型太陽(yáng)能電池，利用太陽(yáng)能量遠(yuǎn)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更有效。這項(xiàng)研究發(fā)表在今天的雜志《納米快報(bào)》（Nano Letters）上，可以大大提高太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的可用能量。
太陽(yáng)能電池板運(yùn)行時(shí)，吸收的能量來(lái)自光粒子，稱為光子，光子隨后生成電子，產(chǎn)生電力。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池只能捕捉一部分太陽(yáng)光，而且已吸入光子的很多能量，尤其是藍(lán)色光子的能量，都會(huì)散失為熱量。這就不能吸收全部能量，所有不同顏色的光就不能一次吸收，這意味著，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池不能把34％以上的可用陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電力。
劍橋大學(xué)研究小組的領(lǐng)導(dǎo)是尼爾•格林漢姆（Neil Greenham）教授和理查德•弗蘭德（Richard Friend）教授，他們開發(fā)出一種混合電池，可吸收紅光，也可以利用額外的藍(lán)光能量，以增大電流。通常情況下，太陽(yáng)能電池每產(chǎn)生一個(gè)單電子，都需要捕獲一個(gè)光子。然而，只要添加上并五苯（pentacene）這種有機(jī)半導(dǎo)體材料，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生兩個(gè)電子，就只需要一個(gè)光子，這種光子來(lái)自藍(lán)色光譜。這可以使電池捕獲44％的入射太陽(yáng)能量。
布魯諾•埃爾勒（Bruno Ehrler）是論文的第一作者，他說(shuō)：“有機(jī)和混合型太陽(yáng)能電池具有優(yōu)越性，勝過(guò)現(xiàn)有的硅基技術(shù)，因?yàn)樗鼈兊纳a(chǎn)可以大批量低成本進(jìn)行，這是因?yàn)椴捎镁韺?duì)卷印刷。然而，太陽(yáng)能電站的很大成本是土地，勞動(dòng)力和安裝硬件。因此，即使有機(jī)太陽(yáng)能電池板比較便宜，我們也需要提高效率，使它們具有競(jìng)爭(zhēng)力。否則，就會(huì)像是買了一幅便宜的油畫，才發(fā)現(xiàn)你需要一個(gè)昂貴的畫框。”
馬克•威爾遜（Mark Wilson）是論文的另一個(gè)作者，他說(shuō)：“我認(rèn)為，非常重要的是我們要走向可持續(xù)發(fā)展的能源，而令人興奮的是可以協(xié)助探索可能的解決方案。”
阿克沙伊•拉奧（Akshay Rao）博士是論文的聯(lián)合作者，他指出：“這僅僅是第一步，要邁向新一代太陽(yáng)能電池，我們感到非常興奮是可以參與這項(xiàng)工作。”
文章中說(shuō)：“我們演示了一種有機(jī)/無(wú)機(jī)混合的光伏設(shè)備架構(gòu)，采用單線態(tài)激子裂變（singlet exciton fission），每吸收一個(gè)高能光子，可以收集到兩個(gè)電子，同時(shí)，也可以利用低能量的光子。這種太陽(yáng)能電池，紅外光子吸收使用硫化鉛（PbS： lead sulfide）納米晶體。可見光光子的吸收采用五環(huán)素，以創(chuàng)造單線態(tài)激子，經(jīng)過(guò)快速激子裂變，產(chǎn)生配對(duì)三重線態(tài)（triplets）。最重要的是，我們確定，這些三重線態(tài)激子可以電離，這要采用有機(jī)/無(wú)機(jī)異質(zhì)結(jié)面（heterointerface）。我們報(bào)道的內(nèi)部量子效率超過(guò)50％，而功率轉(zhuǎn)換效率接近1％。這些結(jié)果表明，有一種替代方法，可以規(guī)避肖克利-奎伊瑟極限（Shockley-Queisser limit），就是單結(jié)太陽(yáng)能電池（single-junction solar cells）功率轉(zhuǎn)換效率的極限。”
