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新型太陽能電池效率可新增25%

鉅大LARGE  |  點擊量:933次  |  2020年05月12日  

新的太陽能電池可以新增太陽能電池板的最大效率,增幅達25%以上,這是根據英國劍橋大學(UniversityofCambridge)的科學家所說。


這些科學家來自劍橋大學物理系卡文迪什實驗室(CavendishLaboratory),他們開發出一種新型太陽能電池,利用太陽能量遠比傳統設計更加有效。這項研究發表在今天的雜志《納米快報》(NanoLetters)上,可以大大提高太陽能電池板出現的可用能量。


太陽能電池板運行時,吸收的能量來自光粒子,稱為光子,光子隨后生成電子,出現電力。傳統的太陽能電池只能捕捉一部分太陽光,而且已吸入光子的很多能量,尤其是藍色光子的能量,都會散失為熱量。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,傳統的太陽能電池不能把34%以上的可用陽光轉換成電力。


劍橋大學研究小組的領導是尼爾?格林漢姆(NeilGreenham)教授和理查德?弗蘭德(RichardFriend)教授,他們開發出一種混合電池,可吸收紅光,也可以利用額外的藍光能量,以增大電流。通常情況下,太陽能電池每出現一個單電子,都要捕獲一個光子。然而,只要添加上并五苯(pentacene)這種有機半導體材料,太陽能電池出現兩個電子,就只要一個光子,這種光子來自藍色光譜。這可以使電池捕獲44%的入射太陽能量。


布魯諾?埃爾勒(BrunoEhrler)是論文的第一作者,他說:“有機和混合型太陽能電池具有優越性,勝過現有的硅基技術,因為它們的生產可以大批量低成本進行,這是因為采用卷對卷印刷。然而,太陽能電站的很大成本是土地,勞動力和安裝硬件。因此,即使有機太陽能電池板比較便宜,我們也要提高效率,使它們具有競爭力。否則,就會像是買了一幅便宜的油畫,才發現你要一個昂貴的畫框。”


馬克?威爾遜(MarkWilson)是論文的另一個作者,他說:“我認為,非常重要的是我們要走向可持續發展的能源,而令人興奮的是可以協助探索可能的解決方法。”


阿克沙伊?拉奧(AkshayRao)博士是論文的聯合作者,他指出:“這僅僅是第一步,要邁向新一代太陽能電池,我們感到非常興奮是可以參與這項工作。”


更多信息:論文《單線態激子裂變敏化紅外量子點太陽能電池》(SingletExcitonFission-SensitizedInfraredQuantumDotSolarCells)刊登在2012年二月八日一期的《納米快報》上。


文章中說:“我們演示了一種有機/無機混合的光伏設備架構,采用單線態激子裂變(singletexcitonfission),每吸收一個高能光子,可以收集到兩個電子,同時,也可以利用低能量的光子。這種太陽能電池,紅外光子吸收使用硫化鉛(pbS:leadsulfide)納米晶體。可見光光子的吸收采用五環素,以創造單線態激子,經過快速激子裂變,出現配對三重線態(triplets)。最重要的是,我們確定,這些三重線態激子可以電離,這要采用有機/無機異質結面(heterointerface)。我們報道的內部量子效率超過50%,而功率轉換效率接近1%。這些結果表明,有一種替代方法,可以規避肖克利-奎伊瑟極限(Shockley-Queisserlimit),就是單結太陽能電池(single-junctionsolarcells)功率轉換效率的極限。”


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