用新材料制造，更高效的太阳能电池
2019年08月13日 9:46 14615次浏览 来源： 博科园 分类： 新材料前沿
佛罗里达州立大学的一组研究人员正在开拓创新的方法，让太阳能电池吸收并利用红外光。红外光是太阳能电池技术通常无法获得的光谱的一部分。其研究成果发表在《物质》(Matter)和《物理化学快报上的两项新研究中。化学和生物化学助理教授Lea Nienhaus说：我们正在研究一种优化太阳能电池效率的方法，主要目的是优化太阳能应用的这一过程。
Nienhaus和博士后研究员Sarah Wieghold为太阳能电池创造了一种新方法，以促进光子上转换过程。在光子上转换过程中，两个低能光子被转换成一个高能光子并发出可见光。通常，这些设备使用金属有机分子或半导体纳米晶体来敏化光子的上转换，但是Nienhaus和Wieghold使用了一层卤化铅钙钛矿薄膜，这是一种很有前途的太阳能电池材料。钙钛矿与一种叫做橡胶的碳氢化合物结合，这种碳氢化合物会发出向上转换的光。
这一过程背后的想法是创造更有效的太阳能电池，可以检测和利用红外线。红外光谱中的波长没有足够的能量来激发典型太阳能电池中的电子，因此不是一种可行的能量来源。这意味着有大量的太阳光谱不能被太阳能电池吸收，想把红外光转换成一种可以被太阳能电池看到和使用的波长。为了设备效率，研究人员需要制造一种厚度刚好合适的钙钛矿薄膜。测试了20、30、100和380纳米厚的薄膜。当厚度超过30纳米时，上转换过程在太阳能条件下变得有效。
为了优化设备性能，研究人员改变了吸收剂——卤化铅钙钛矿薄膜的厚度。当Nienhaus和Wieghold进行测试时，还发现这些设备的行为方式不同寻常。虽然该装置将红外光转化为可见光，钙钛矿也重新吸收了部分在上转换过程中产生的可见光。使用钙钛矿薄膜是一种权衡，用橡胶制造更多可见光并不意味着更多的光从设备中出来，这是违反直觉的。因此，需要更详细设备工程来优化设备中红外线与可见光的比例。
责任编辑：罗晓薇
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