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新型太陽(yáng)能電池可捕獲損失能量 消除損耗

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:907次  |  2020年04月22日  

研究人員開(kāi)發(fā)出能夠比一個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)電子的模式收獲更多電子的太陽(yáng)能電池


研究人員日前研制出一種新型太陽(yáng)能電池,能夠捕捉到陽(yáng)光中通常以熱量損失掉的額外能量。迄今為止,這種新型太陽(yáng)能電池將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的效率依然低于商用太陽(yáng)能電池。然而如果這一過(guò)程得到改進(jìn),將為研制新一代更高效的太陽(yáng)能電池鋪平道路。


對(duì)大多數(shù)材料而言,陽(yáng)光的光子向電能的轉(zhuǎn)化已被充分搞清。不同顏色的光子具有不同的能量。在可見(jiàn)光區(qū),紅色與橙色具有較少的能量,然而藍(lán)色、紫色和紫外光子則攜帶了較多的能量。當(dāng)高能光子接觸到太陽(yáng)能電池中的半導(dǎo)體材料時(shí),它們便會(huì)把這種能量轉(zhuǎn)移給半導(dǎo)體電子,從而將其從靜止?fàn)顟B(tài)激發(fā),并形成電流。在許多情況下,紫光和紫外線的高能光子攜帶的能量要多于形成電流所需的能量。但是這些額外的能量都以熱量的形式損失了。


幾年前,來(lái)自多個(gè)研究小組的科學(xué)家報(bào)告說(shuō),陽(yáng)光中的高能光子實(shí)際上能夠激發(fā)不止一個(gè)電子,前提是它們所碰到的半導(dǎo)體由一種名為量子點(diǎn)的納米級(jí)微粒構(gòu)成。這一過(guò)程被稱為多重激子發(fā)生(MEG)為研究人員通過(guò)收集這些額外的電荷從而改進(jìn)太陽(yáng)能電池的效率帶來(lái)了希望。然而制造能夠工作的MEG太陽(yáng)能電池卻不是一件容易事。


去年,由美國(guó)拉勒米市懷俄明州立大學(xué)的化學(xué)家BruceParkinson領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《科學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō),他們開(kāi)發(fā)出一種裝置,即在一種半導(dǎo)體上覆蓋了一層硫化鉛量子點(diǎn),能夠激發(fā)出比它所接收到的光子數(shù)量更多的電子,從而產(chǎn)生了更大的電流,而這正是MEG的特征。然而與一枚能夠?qū)嶋H應(yīng)用的太陽(yáng)能電池相比,這種裝置更多的是對(duì)概念的證明,原因是它的轉(zhuǎn)化效率過(guò)低。


如今,由科羅拉多州國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家ArthurNozik領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)告說(shuō),他們研制出第一枚能夠工作的MEG太陽(yáng)能電池。Nozik表示,制造這種裝置的關(guān)鍵就是想出一個(gè)化學(xué)合成的方法,隨后再對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行處理。在合成時(shí),這些量子點(diǎn)由直徑約5納米的鉛和硒微粒構(gòu)成與長(zhǎng)有機(jī)分子結(jié)合在一起。然而之前的研究表明,這些長(zhǎng)有機(jī)鏈就像是包裹在電線周圍的塑料絕緣體。


因此Nozik的研究小組用兩種無(wú)色液體聯(lián)氨和1,2-乙二硫醇處理了他們的量子點(diǎn),從而使其被短鏈有機(jī)物所包圍。這樣使得電荷更容易移動(dòng),并最終使太陽(yáng)能電池將光變?yōu)殡姷目傂蔬_(dá)到5%。研究小組在最新一期出版的《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。盡管這一效率依然低于傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池約為20%,但重要的是,這種裝置采集的電荷數(shù)比擊打量子點(diǎn)的光子數(shù)多了30%,從而使其成為真正意義上的MEG太陽(yáng)能電池。


Parkinson表示:他們將它變成了一種真正的裝置,并證明其能夠采集真正的能量helliphellip從而為下一代太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)帶來(lái)了希望。(趙路)


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