氧氣為太陽能電池研究注入新的活力

澳大利亞和美國的科學家已經能夠將低能光“上轉換”為高能光，高能光可以通過新的方式被太陽能電池捕獲，其中氧氣是令人驚訝的秘密成分。結果今天發表在《自然光子學》上。

ARC激子科學卓越中心和UNSW Sydney的資深作者Tim Schmidt教授說，雖然該方法的效率相對較低，需要更多的工作來實現商業化，但這項研究是令人興奮的發展。

施密特教授解釋說：“來自太陽的能量不僅僅是可見光。”

“光譜范圍很廣，其中包括使我們發熱的紅外光和可以灼傷皮膚的紫外線。

“大多數太陽能電池，電荷耦合器件(CCD)相機和光電二極管(將光轉換成電流的半導體)都是由硅制成的，硅不能響應比近紅外低能的光。

“這意味著我們許多當前的設備和技術都沒有使用光譜的某些部分。”

為了擴大這些設備的靈敏度范圍，并有可能提高太陽能電池的效率，一種策略是“上轉換光”，將低能光轉換為能激發硅的高能可見光。

施密特教授說：“這樣做的一種方法是捕獲多個較小的能量光子，并將它們粘合在一起。”

“這可以通過使激子(有機分子中的激子(電子和電子空穴的束縛態可以傳輸能量而不傳輸凈電荷)相互作用來完成。”

到現在為止，這從未達到過硅帶隙，硅帶隙是將硅中的電子激發到能參與導電的狀態所需的最小能量。但是，悉尼新南威爾士大學的Exciton Science研究人員已經解決了這一挑戰。然后，他們將熟悉的敵人(氧氣)變成了一個不太可能實現目標的朋友。

與RMIT大學和肯塔基大學的合作者一起，研究人員使用半導體量子點(納米級人造晶體)吸收低能光，并利用分子氧將光轉移至有機分子。

通常，氧對分子激子有害，但是在如此低的能量下，氧的作用會發生變化，并且它可以介導能量轉移，從而使有機分子在硅帶隙上方發出可見光。

RMIT大學的作者之一Jared Cole教授說：“有趣的是，經常沒有氧氣，很多事情都會起作用。一旦允許氧氣進入，它們就會停止工作。

“正是阿喀琉斯之heel毀了我們所有的計劃，但現在，我們不僅找到了解決之道，而且突然對我們有所幫助。”

效率仍然很低，但是科學家們有策略在不久的將來對此進行改進。

施密特教授說：“這只是一個早期的示范，制造商業太陽能電池還需要大量材料開發，但這向我們表明了可能。”

悉尼大學新南威爾士分校的主要作者Elham Gholizadeh對這項工作對研究領域產生快速積極影響的潛力表示樂觀。

她說：“由于這是我們首次成功采用這種方法，因此我們將面臨一些挑戰。”

“但是我非常希望，我們可以迅速提高效率。我認為這對每個人來說都非常令人興奮。這是使用氧氣傳遞能量的好方法。

“紫蒽酮沒有完美的光致發光量子產率，因此下一步將是尋找更好的分子。”