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澳大利亞利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)成功將低能量光轉(zhuǎn)換成高能光

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:934次  |  2020年08月31日  

澳大利亞和美國的科學(xué)家已經(jīng)成功將將光從硅帶隙下方“上轉(zhuǎn)換”為高能光,硅太陽能電池可以捕獲高能光。


許多太陽能技術(shù)都沒有利用到光譜的某些部分,但澳大利亞和美國的科學(xué)家們正在推動(dòng)光伏電池靈敏度的發(fā)展,將低能量的光轉(zhuǎn)化為能激發(fā)硅的更加有能量的可見光。研究人員利用氧氣作為光轉(zhuǎn)換催化劑,通過光化學(xué)“上轉(zhuǎn)換”實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。


雖然已經(jīng)開發(fā)出了在近紅外光子能量上轉(zhuǎn)換光的系統(tǒng),但在硅帶隙之下的上轉(zhuǎn)換一直無法實(shí)現(xiàn)。新南威爾士大學(xué)悉尼分校的研究人員以及來自RMIT大學(xué)和肯塔基大學(xué)的科學(xué)家最近在《自然光子學(xué)》上解釋說,他們展示了一種上轉(zhuǎn)換成分,利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)吸收低能量的光,并利用分子氧將光轉(zhuǎn)移到有機(jī)分子上。


新南威爾士大學(xué)教授蒂姆·施密特表示一種上轉(zhuǎn)換光的方法是捕獲多個(gè)較小的能量光子,并將它們粘在一起。施密特解釋說:“這可以通過激子相互用途來實(shí)現(xiàn),激子是電子的束縛態(tài),電子空穴可以傳輸能量而不傳輸凈電荷?!?/p>

為了擴(kuò)大太陽能電池的靈敏度范圍,研究人員使用了氧氣,氧氣通常對(duì)分子激子有害。但是,他們證明了氧可以介導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移,從而使有機(jī)分子在硅帶隙上方發(fā)出可見光。


RMIT大學(xué)的賈里德·科爾教授說:“有趣的是,在沒有氧氣的情況下,很多東西都能正常工作。一旦你允許氧氣進(jìn)入,它們就停止工作。這是毀了我們所有計(jì)劃的致命弱點(diǎn),但現(xiàn)在,我們不僅找到了繞過它的方法,它突然間幫助了我們。”


研究人員使用pBS半導(dǎo)體納米晶體增敏劑來吸收硅帶隙以下的光子,并填充在單態(tài)態(tài)氧能量以下的紫蒽酮三態(tài)。在兩個(gè)單線態(tài)氧分子的能量傳遞之后,三態(tài)紫羅蘭色團(tuán)在可見光譜中發(fā)光。


新南威爾士悉尼大學(xué)的首席作者ElhamGholizadeh說:“硫蒽酮并沒有完美的光致發(fā)光量子產(chǎn)量,所以下一步將是尋找更好的分子。但我非常有希望,并且認(rèn)為我們可以迅速提高效率。”


據(jù)微鋰電小組調(diào)查,由于效率仍然很低,科學(xué)家們說,要將這項(xiàng)技術(shù)用于商業(yè)太陽能電池,還要大量的材料開發(fā)。


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