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实验表明在太阳能电池的输出显着增加

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方法用于从每个光子收集两个电子可以通过理论太阳能电池的效率极限断裂。

在任何传统的基于硅的太阳能电池中,对整体的效率绝对限制,这样的事实,光的每一个光子只能敲松单个电子,即使该光子进行两次这样做所需的能量部分地基于。但现在,研究人员已经证实为获得高能量光子撞击硅踢了两个电子,而不是一个,具有比被认为可能更高的效率开门了一种新的太阳能电池的方法。

而传统的硅电池有太阳能,新的方法,研究人员在黄金城和其他地方的发展在过去几年的约29.1%的转化率的绝对理论上的最大效率,可以通过限制胸围,可能增加几个百分点到最大输出。 今天的成绩描述在日记 性质,由研究生马库斯einzinger,化学教授的论文 芒宜·巴温迪,电气工程和计算机科学马克·巴尔,和八人在黄金城和普林斯顿大学教授。

后面这种新技术的基本概念已经知道了几十年,并且该原则可以工作首次证明是由这个团队的一些成员进行 六年前。但实际上翻译方法成为一个完整的,操作硅太阳能电池需要多年的艰苦努力,巴尔多说。

,最初的示范“是一个很好的测试平台”,以表明该想法可以工作,解释丹尼尔博士康格里夫'15,现在在哈佛大学罗兰学院的校友,谁在那之前报告的主要作者,是一个合着者新纸。现在,随着新的结果,“我们已经做了我们所要做的”,在该项目中,他说。

最初的研究表明生产从一个光子两个电子的,但它在有机光伏电池,其比硅太阳能电池低效率这样做了。事实证明,这两个电子从制成并四苯的进硅电池的顶部收集层转移“不是简单的,”巴尔多说。 特洛伊面包车voorhis黄金城谁是原团队的一部分的化学教授指出,这一概念首次提出早在20世纪70年代,并苦笑说,转向这一想法变成实际的设备“只用了40年。”

关键一个光子的能量分成两个电子位于一类是具有“激发态”称为激子的材料,巴尔多说:在这些激子的材料,“这些能量包传播周围像在一个电路中的电子”但比电子完全不同的性质。 “你可以用它们来改变能源 - 你可以砍成两半,你可以将它们组合起来”,在这种情况下,他们会通过一种被称为单线态激子裂变过程,这是怎么光的能量被分成两个单独的,独立移动能源的数据包。材料首先吸收光子,形成迅速经历裂变成两个激发态,每一个与所述原始状态的一半的能量的激子。

但棘手的部分,然后该能量在耦合到硅材料,它是不激子的材料。这种耦合从未完成过的任务。

作为中间步骤,该球队试图从激子层的能量耦合到一个称为量子点材料。 “他们仍然激子,但他们无机,”巴尔说。 “那个工作;它的工作就像一个魅力,”他说。通过了解机制发生在材料,他说,“我们没有理由认为硅是行不通的。”

什么工作表明,面包车voorhis说,是的关键是这些能量转移在于材料的最表层,而不是它的体积。 “所以,很明显,在硅表面化学将是非常重要的。这是发生了什么事情,以确定哪些类型的表面状态的有。”专注于表面化学可能是什么让这支球队取得成功,别人没有,他建议。

关键是在一个薄的中间层。 “事实证明材料的该微小的,微小的带材在这两个系统[硅太阳能电池,并用它的激子属性的并四苯层]之间的界面结束了限定的一切。这也是为什么其他研究人员无法获得此过程的工作,为什么我们终于做到了。”这是einzinger‘谁终于破解是坚果,’他说,通过使用材料叫做氮化铪层。

该层是只有几个原子厚,或仅8埃(一米的十十亿),但它充当了“好桥”,为激发态,巴尔多说。终于使得有可能为单高能光子触发硅细胞内两个电子的释放。产生能量的太阳光的在光谱的蓝色和绿色部分的给定量产生的量加倍。总体而言,可以产生在由太阳能电池所产生的功率的增加 - 从29.1%的理论最大,最多约35%。

实际硅电池还没有达到其最大的,也不是新的材料,所以更多的发展需要做,但是这两种材料耦合的关键步骤有效地现已探明。 “我们仍然需要优化硅电池的这个过程中,”巴尔说。一方面,随着新系统的细胞可以比当前版本更薄。工作还需要在稳定的材料耐久性完成。总体而言,商业应用可能还有几年了,研究小组说。

其他的方法来提高太阳能电池的效率趋向于涉及添加另一种细胞,诸如钙钛矿层,在该硅。巴尔说:“他们正在建造在另一个上面一个单元格。从根本上,我们正在做一个细胞 - 我们种的涡轮增压硅电池。我们增加更多的电流到硅,而不是使两个单元“。

研究人员测量了氮氧化铪,帮助其转移激子能量的一个特殊属性。 “我们知道,氮氧化铪生成在界面处,其由称为电场钝化工艺降低了损耗额外费用。如果我们可以通过此现象建立更好的控制,效率可能更高的攀登。” einzinger说。到目前为止,他们已经测试没有其他材料无法比拟的特性。

研究的黄金城的中心excitonics的一部分得到支持,由美国资助能源部。