光倍增可穩定改善太陽能電池

現在，基于硅技術的太陽能電池已經接近其效率極限，世界各地的研究人員都在尋找替代技術來進一步提高太陽能電池的效率。AMOLF和劍橋大學的物理學家已使用建模技術來比較兩種有前途的技術：單重裂變光子倍增器和串聯太陽能電池。盡管潛在的效率提高幾乎相等，但單線態裂變光子倍增器卻在不同的天氣條件下更加穩定。同樣，單線態裂變光子倍增器不需要對硅技術進行修改，這意味著它甚至可以用于改進現有的太陽能電池。研究人員在ACS能源快報中發表了他們的發現。

在過去的20年中，實驗室生產的創紀錄的硅太陽能電池的效率僅提高了2%，并且在未來幾年將很難做出進一步的改進。主要原因是常規太陽能電池浪費了大部分入射陽光。硅技術根本無法將所有陽光轉化為電能，因為硅僅吸收部分太陽光譜。同樣，光譜中藍色部分的高能光子無法有效轉換，它們在太陽能電池中產生多余的熱量。

在AMOLF研究所，由Bruno Ehrler領導的混合太陽能電池小組研究了有機半導體的特性，以克服無機(硅)太陽能電池的局限性。博士說：“有兩種有希望的策略可以極大地改善太陽能電池。” 學生Moritz Futscher。“第一種基于混合鈣鈦礦材料和硅的組合的串聯太陽能電池技術受到了廣泛的關注，并且受到了世界各地研究人員的廣泛研究。我們也研究鈣鈦礦，但我們也是其中的一種很少有研究小組研究第二種技術，該技術利用了稱為單重態裂變的過程。”

單重態裂變是僅在有機半導體中發生的過程。當吸收高能光子時，會產生稱為單重態激子的高能粒子。該單重態激子轉換成兩個三重態激子，每個三重態激子的能量約為單重態激子的一半。“通過這種方法，我們從一個高能光子中創建了兩個低能光子。然后，這些光子通過量子點(由半導體制成的微小粒子)發射到下面的太陽能電池中，” Futscher解釋說。“通過這種方式，單重態裂變可以作為光子倍增器。”

Futscher和他的同事在理論上將單線態裂變光子倍增器與串聯型太陽能電池進行了比較，后者在實際天氣條件下使用鈣鈦礦和硅的組合。Futscher說：“我們知道串聯太陽能電池在陽光充足的地區工作得很好，但是在天氣條件波動的地區表現不佳。因此我們考慮了天氣和太陽光譜，” Futscher說。“我們發現單線裂變光子倍增器和硅太陽能電池的組合與鈣鈦礦與硅(串聯)的組合一樣有效。但是，在荷蘭發現的多變的天氣條件下，單線裂變光子倍增器證明是更穩定的選擇。”

基于單線裂變的太陽能電池與串聯太陽能電池一樣可能工作，甚至在某些情況下甚至更好，這一事實使它成為非常有趣的替代方案。“這些光子倍增器很容易制造。它基本上是一塊薄塑料箔，可以放在現有太陽能電池的頂部。太陽能電池技術本身不需要改變，” Futscher說。“盡管該技術最適合最新的太陽能電池，但這種單線態裂變箔甚至可以改善所使用的硅太陽能電池的性能，尤其是在荷蘭我們面臨的氣候條件變化的情況下。”