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新设计让太阳能电池更高效

日期:2019-08-23 10:10:22 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:1008

科技日报纽约8月21日电 (记者冯卫东)美究人员在近日出版的《自然⋅化学》杂志上报告称,他们出一种利用单线态裂变来提高太阳能电池效率的新方法。

所有现代太阳能电池板都采用相同的工作原理,那就是一个光子产生一个激子,激子转换成电流。有一些分子可在太阳能电池中实现从单个光子产生两个激子,这一过程被称为单线态裂变。然而,使用这种分子的最大之一是,两个激子的存活时间非常短(几十纳秒)使其难以作为一种电力来捕获。

在美国海军研究办公室的资助下,哥伦比亚大学研究团队通过新的设计规则,出了迄今为止最有效和技术上最有用的分子内单线态裂变材料。新设计的有机分子可快速产生两种激子,这两种激子比目前最先进工艺产生的激子寿命更长,这将使每个光子产生的电能都可被太阳能电池吸收。

研究人员表示,新研究为从根本上了解这些激子如何处理单个分子,以及理解它们如何有效地应用于受光放大信号影响的设备打开了大门。该研究成果不仅可用于下一代太阳能设备生产,还可推进化学、传感器和成像中的光催化过程,用以制造药品、塑料和许多其他类型的消费化学品。

本文相关词条概念解析:

激子

在半导体中,如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去,则在价带内产生一个空穴,而在导带内产生一个电子,从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电,电子带负电,它们之间的库仑互相吸引作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起,这样形成的复合体称为激子。激子是由库仑作用结合在一起的电子空穴对,其稳定性取决于温度、电场、载流子浓度等因素.当样品温度较高时,激子谱线由于声子散射等原因而变宽.而当kT(k是玻尔兹曼常数)值接近或大于激子电离能时,激子会因热激发而发生分解.所以,在许多半导体材料中,只有低温下才能观测到清晰的激子发光,而当温度升高后,激子谱线会展宽,激子发光强度降低,以至发生淬灭.另外,在电场的作用下,电子和空穴分别向相反方向运动,因而当半导体处于电场作用下时,激子效应也将减弱,甚至由于电场离化而失效.而当样品中载流子浓度很大时,由于自由电荷对库仑场的屏蔽作用,激子也可能分解.这些影响激子稳定性的物理因素在光电器件应用中,可以作为对激子效应和相关的光学性质进行可控调制的有效手段.但对发光和激光器件来说,特别是对一些需要在室温下大浓度注入条件工作的器件来说,将产生一些不利的影响,使激子效应的应用受到限制.总的来说,当激子束缚能较大时,激子相对比较稳定.如在宽禁带半导体材料(如Ⅱ-Ⅵ族化合物材料和氮化物)以及下面要更详细讨论的半导体量子阱等低维结构中,激子束缚能一般比较大,即使在室温下,激子束缚能也比kT大许多,吸收光谱中能看到明显的激子吸收,激子效应不易淬灭,甚至已实现了以激子复合效应为主的激光器件.

网友评论
  • zhaoyanku
    电池冷却系统怎样设计才能最高效?
    2019-09-12 05:13 495
  • 我想静静1
    设计太阳能电动汽车,太阳能电池参数如何匹配?
    2019-09-12 08:39 40