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量子力学与有机分子层助力,太阳能理论转换效率望突破40%

硅晶太阳能除了是当今太阳光电主要技术,还是让再生能源成本可与传统发电厂一较高下的背后功臣,但是在大规模商业化的情况下,其光电转换效率难以再突破,如今德国科学家提出一项解决方案,将有机分子层与太阳能电池相结合,透过量子力学理论来分裂光子能量,让面板可加倍吸收绿、蓝光,进而提升5...  

硅晶太阳能除了是当今太阳光电主要技术,还是让再生能源成本可与传统发电厂一较高下的背后功臣,但是在大规模商业化的情况下,其光电转换效率难以再突破,如今德国科学家提出一项解决方案,将有机分子层与太阳能电池相结合,透过量子力学理论来分裂光子能量,让面板可加倍吸收绿、蓝光,进而提升 5-10% 输出功率,更有望制造出理论效率达 40% 的太阳能电池。

太阳能电池结构基本上由 P 型与 N 型半导体接合而成,这种结构称为 PN 接面。当电池吸收阳光时,PN 接面会产生电子电洞对(electron-hole pair),在内建电场的作用下,受到刺激的电子和失去电子的电洞会朝相反方向移动,进而产生电流与电压。

简单来说,太阳光电的发电原理就是利用太阳电池吸收一定波长的太阳光,再将光能直接转变成电能。只不过由于硅晶物理材料特性,硅晶太阳能电池光转换效率理论极限仅达 29.3%,且市面上转换效率也已达 20-22%,发展空间相当有限。

对此德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心(HZB)研究员 Klaus Lips 教授提出全新的解决方案,希望可透过有机晶体的单重态激子分裂(singlet exciton fission),让激子在吸收到光子之后从一分裂成二、进而产生多个三重态激子(triplet exciton),使高能量光子可产生两对电荷载子。

不过要具现化假设也不是容易的事情,这项机制不仅与量子力学相关,该技术主要挑战更在于如何让三重态激子在硅 PN 接面分裂,若能成功解决该难题,将有助于提高太阳能电池的电流量。

今天刊登了《量子力学与有机分子层助力,太阳能理论转换效率望突破40%》一文


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