從超越硅帶隙上轉(zhuǎn)換

來自澳大利亞和美國的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的方法，可以將近紅外光從硅帶隙之外轉(zhuǎn)換為可見光，這項成就有可能提高太陽能電池的效率。這種新穎的技術(shù)可以使具有子帶隙能量的光被太陽能電池收集，而不是浪費。

該團(tuán)隊通過用能量低于硅的帶隙的能量上轉(zhuǎn)換光來達(dá)到一個里程碑，這是迄今為止一直困擾著該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

改善太陽能收集

蒂莫西·施密特（Timothy Schmidt）和他的同事自2007年以來就一直在研究光化學(xué)上的轉(zhuǎn)換，這是由于提高太陽能電池能量收集的誘人可能性所致。除了光伏以外，該技術(shù)還可以用于光催化，光電化學(xué)和生物成像。

“由于硅是主導(dǎo)的太陽能技術(shù)，因此我們有動力從硅帶隙之外進(jìn)行上轉(zhuǎn)換，” ARC Exciton科學(xué)卓越中心和澳大利亞新南威爾士州悉尼分校的施密特說。

通常，光化學(xué)上轉(zhuǎn)換將兩種類型的分子（敏化劑和發(fā)射體）結(jié)合在一起，將兩個光子的能量轉(zhuǎn)換為一個更高能量的光子。敏化劑吸收能量較低的光子，產(chǎn)生分子三重態(tài)。然后，它將激發(fā)能轉(zhuǎn)移到發(fā)射極的最低三重態(tài)，這些分子相互作用以促進(jìn)稱為三重態(tài)。

結(jié)果是一個發(fā)射極分子處于激發(fā)的單重態(tài)，而另一個則被淬滅到其基態(tài)。被激發(fā)的發(fā)射器立即以比最初吸收的光子更高的能量發(fā)出熒光。

光的成功上轉(zhuǎn)換

在當(dāng)前的研究中，硫化鉛納米晶體用作敏化劑分子。將它們放置在還包含氧氣和紫羅蘭酮的溶液中，紫羅蘭酮是一種已知的在單線態(tài)氧分子存在下能夠發(fā)光的有機化合物。選擇紫羅蘭酮是因為其三重態(tài)能量水平約為0.98 eV，低于1.1 eV的晶體硅帶隙。

研究人員用通過200微米厚的硅晶片過濾的1140 nm脈沖光照射溶液，成功地導(dǎo)致700 nm處的上轉(zhuǎn)換發(fā)射。雖然受限于從納米晶體中收集能量，效率仍然很低，但是，Schmidt和他的同事認(rèn)為，可以通過以優(yōu)化的固態(tài)設(shè)備結(jié)構(gòu)而非化學(xué)解決方案開發(fā)該技術(shù)來克服這一障礙。

他說：“如果我們能夠在固態(tài)膜中提高效率，那么我們可以將其作為涂層應(yīng)用于硅太陽能電池的背面，以收集原本浪費的光。”