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不可能?硅光电转化理论效率或被突破

日期:2019-12-05    来源:光伏测试网

国际太阳能光伏网

2019
12/05
09:42
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关键词: 串联电阻 光伏行业 硅电池 光伏原材料 硅料/硅片

   一直以来,光伏行业都认为硅电池的光电转化理论效率为29%,组件效率不会超过25%,除非采用多结、异质结、聚光等技术。因为在入射光的能源中,20%至30%为透射损失,约30%为量子损失,约10%为载流子复合、表面反射损失及串联电阻损失等。
  然而,美国研究人员日前的最新研究发现,通过实现硅、碳基分子的能量转移,有望大幅突破硅电池理论转化效率极限。这一突破性的发现对量子计算中的信息存储、光电转换和医学成像具有重要意义!!!!
  德克萨斯大学奥斯汀分校和加州大学河滨分校的一组研究人员发现,不同颜色的光由光子组成,光子携带光的能量。硅可以有效地将红色光子转化为电能,但是蓝色光子携带的能量是红色光子的两倍,硅失去的大部分能量都是热。
  这一新发现为科学家们提供了一种提高硅效率的方法,即将硅与碳基材料配对,将蓝色光子转换成红色光子对,从而更有效地被硅利用。这种混合材料还可以调整为反向操作,吸收红光并将其转换为蓝光。

图:通过等离子工艺处理硅烷气体生成硅纳米晶体
  将硅与之配对的有机分子是一种叫做Anthracene的碳灰,基本上是煤烟。研究成果描述了一种将硅与蒽进行化学连接的方法,产生一条分子电源线,使能量在硅和类灰物质之间传递。通过微调这种材料,使其对不同波长的光产生反应。
  想象一下,对于量子计算来说,能够调整和优化一种材料,把一个蓝色光子变成两个红色光子,或者把两个红色光子变成一个蓝色。它非常适合信息存储。
  而对于光伏来讲,能将一个不能发电的蓝色光子转化成能发电的两个红色光子,硅基材料的光电转化效率将成倍增加。
  四十年来,科学家们一直假设,将硅与一种更好地吸收蓝光和绿光的有机材料配对,以寻求提高硅材料光电转化能力。
  通常每个光子能量只能激发单个电子,即使该光子携带能激发两个电子所需的能量。半年前,麻省理工学院的研究人员发现并证明了一种方法,可以让高能光子撞击硅材料激发出两个电子而不是一个电子,这个方法为新型太阳能电池打开了一扇门,有望使晶硅太阳能转化效率从29%的理论极限突破到35%。
  而德州大学和加州大学研究人员的发现,更有望让晶硅光电转化效率成倍提高。
  实现从碳基材料到硅的一种特殊的能量转移,科学家称为“自旋三重态激子转移”,科学家们介绍了如何通过连接硅纳米晶和蒽的微小化学线打破僵局,这是他们第一次实现预测的能量转移。
  科学家表示,目前的挑战是如何从这些有机材料中获得成对的激发电子并将其转化为硅。不是简单的堆叠,而是在硅和这种材料之间建立一种新型的化学界面,使它们能够进行电子通信。
  研究人员测量了一种特殊设计的附着在硅纳米晶体上的分子的效果,利用超快激光发现,这两种材料之间的新型分子线不仅快速、有弹性、高效,而且能有效地将约90%的能量从纳米晶转移到分子上。
  一旦实现能力转移,科学家就可以利用这种化学物质制造出吸收和发射任何颜色光的材料。
  这项研究成果已经发表在《自然化学》杂志上。
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