混合材料助力太陽能電池提升效率

    鋰電世界  在光合作用中，植物只能將所吸收的10%的光能轉化為可用于化學反應的氫氣。去年夏天，一組研究人員用一種高達44.7%效能的新電池刷新了原有實驗室太陽能電池記錄，而且他們的終極目標是讓新電池達到50%的效能。然而一種新的太陽能電池采用了將有機材料和無機材料混合的方式來推動其效率超過95%，這將突破方才所述的那項記錄。這項研究由來自劍橋大學的Maxim Tabachnyk領導，并且論文已經在Nature Materials上面發表。

    光子被太陽能電池吸收后會產生激子（電子激發態），從而促進了光與物質之間的相互作用。激子分為自旋單態和自旋三重態兩種類型。區別在于，肉眼能看見明亮的自旋單態激子且它也較容易通過太陽能電池獲取，而對不能看見的自旋三重態激子的捕捉顯得極為不易。但自旋三重態激子每吸收光子能提供兩個電子，可將功效最大化。而常見用于太陽能電池的無機材料硅，只能吸收自旋單重態激子，即每吸收一個光子提供一個電子。盡管可能不是最高效的材料，科學家們在用硅制作電路上大量的經驗使得它的發展過程變得容易一點。

    作為一種在樹葉里面發現的由五個相互銜接的苯環組成的有機分子，并五苯很容易吸收光子，釋放有高效能的自旋三重態激子。然而，不擅長誘捕電子的它們不能得到機會大展身手。于是，Tabachnykt團隊試著將兩種材料進行結合，分別汲取兩大類型材料中的精華。

    “制造一個更優質的太陽能電池的關鍵是如何能夠將不可視的三重態激子中的電子提取出來”，Tabachny在新聞稿中說道，“如果我們能夠將像并五苯一類的有機材料與以硅為代表的傳統半導材料進行結合，這將有助于我們突破現有太陽能電池轉換效率的瓶頸。”

    混合材料可以利用有機并五苯吸收暗處的三重態激子并且將它們快速轉移到無機半導體內。這個團隊用激光分光儀產生了幾飛秒為單位的光脈沖（飛秒，即1秒的一千萬億分之一），并發現這種混合材料在將三重態激子傳遞到半導體內并獲得電子方面有超過95%的效率。而一旦到了半導體內，電子的能量就可利用了。

    這個研究團隊正在深入推進這項研究，以求將這種新知識創造成經濟實用的混合發電系統。他們正致力于研發一種便宜的有機鍍膜來吸收暗處的三重態激子并將它們傳送到一個硅太陽能電池中，以此來獲取能量提高和整個系統的效率。

    “將有機半導體的低成本易加工與無機半導體的高效結合起來，會幫助我們極大地提高類似用硅為原料的無機太陽能電池的效率,”AkshayRao,項目的首席投資者提出。