太阳能电池：能量缺失之谜 - 已解决

时间：2021-06-08 15:26:02 来源：

太阳能电池的效率可以通过利用称为单线态裂变的现象来提高。然而，反应过程中无法解释的能量损失一直是一个主要问题。由瑞典林雪平大学的科学家领导的一个研究小组发现了单线态裂变过程中会发生什么以及损失的能量去了哪里。结果已发表在《细胞报告物理科学》杂志上。

太阳能电池：能量缺失之谜 - 已解决

太阳能是最重要的无化石和环保的可持续电力来源之一。目前使用的硅基太阳能电池最多可以使用太阳光中大约33%的能量并将其转化为电能。这是因为太阳光束中的光包或光子具有的能量要么太低而无法被太阳能电池吸收，要么太高，以至于部分能量被消耗为废热。这种最大理论效率被称为肖克利-奎瑟极限。在实践中，现代太阳能电池的效率为 20-25%。

然而，分子光物理学中的一种称为单线态裂变的现象可以使具有更高能量的光子被使用并转化为电能而不会损失热量。近年来，单线态裂变引起了科学家们越来越多的关注，并且正在进行激烈的活动以开发最佳材料。然而，迄今为止，单线态裂变过程中无法解释的能量损失使得设计这种材料变得困难。研究人员无法就这些能量损失的起源达成一致。

现在，林雪平大学的研究人员与剑桥、牛津、多诺斯蒂亚和巴塞罗那的同事一起发现了单线态裂变期间能量的去向。

“单线态裂变发生在不到一纳秒的时间内，这使得测量变得极其困难。我们的发现使我们能够打开黑匣子，看看反应过程中能量的去向。通过这种方式，我们最终将能够优化提高太阳能电池效率的材料，”林雪平大学物理、化学和生物学系高级讲师 Yuttapoom Puttisong 说。

部分能量以中间亮态的形式消失，这是实现高效单线态裂变必须解决的问题。对能量去向的发现是显着提高太阳能电池效率的重要一步——从目前的 33% 到 40% 以上。

研究人员使用精细的磁光瞬态方法来确定能量损失的位置。该技术具有独特的优势，因为它可以在纳秒时间尺度上检查单线态裂变反应的“指纹”。本研究中使用了多烯的单斜晶体，二苯基己三烯 (DPH)。然而，这种新技术可用于在更广泛的材料库中研究单线态裂变。Yuqing Huang 是林雪平大学物理、化学和生物系前博士生，该文章的第一作者现已发表在新成立的期刊Cell Reports Physical Science 上：

“实际的单线态裂变过程发生在晶体材料中。如果我们能够优化这种材料以尽可能多地保留单线态裂变的能量，我们将更接近实际应用。此外，单线态裂变材料是可溶液加工的，这使得制造成本低廉并且适合与现有的太阳能电池技术集成，”Yuqing Huang 说。

该研究主要由瑞典研究委员会以及 Knut 和 Alice Wallenberg 基金会资助。

脚注：纳秒是十亿分之一秒。

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