五環(huán)素吸收可見光光子，形成單線態(tài)激子，經(jīng)過快速激子裂變，產(chǎn)生配對三線態(tài)，這些三線態(tài)激子可以電離。
新的太陽能電池可以增加太陽能電池板的最大效率，增幅達(dá)25％以上，這是根據(jù)英國劍橋大學(xué)（University of Cambridge）的科學(xué)家所說。

這些科學(xué)家來自劍橋大學(xué)物理系卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory），他們開發(fā)出一種新型太陽能電池，利用太陽能量遠(yuǎn)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更有效。這項(xiàng)研究發(fā)表在今天的雜志《納米快報(bào)》（Nano Letters）上，可以大大提高太陽能電池板產(chǎn)生的可用能量。

太陽能電池板運(yùn)行時，吸收的能量來自光粒子，稱為光子，光子隨后生成電子，產(chǎn)生電力。傳統(tǒng)的太陽能電池只能捕捉一部分太陽光，而且已吸入光子的很多能量，尤其是藍(lán)色光子的能量，都會散失為熱量。這就不能吸收全部能量，所有不同顏色的光就不能一次吸收，這意味著，傳統(tǒng)的太陽能電池不能把34％以上的可用陽光轉(zhuǎn)換成電力。

劍橋大學(xué)研究小組的領(lǐng)導(dǎo)是尼爾•格林漢姆（Neil Greenham）教授和理查德•弗蘭德（Richard Friend）教授，他們開發(fā)出一種混合電池，可吸收紅光，也可以利用額外的藍(lán)光能量，以增大電流。通常情況下，太陽能電池每產(chǎn)生一個單電子，都需要捕獲一個光子。然而，只要添加上并五苯（pentacene）這種有機(jī)半導(dǎo)體材料，太陽能電池產(chǎn)生兩個電子，就只需要一個光子，這種光子來自藍(lán)色光譜。這可以使電池捕獲44％的入射太陽能量。

布魯諾•埃爾勒（Bruno Ehrler）是論文的第一作者，他說：“有機(jī)和混合型太陽能電池具有優(yōu)越性，勝過現(xiàn)有的硅基技術(shù)，因?yàn)樗鼈兊纳a(chǎn)可以大批量低成本進(jìn)行，這是因?yàn)椴捎镁韺碛∷?。然而，太陽能電站的很大成本是土地，勞動力和安裝硬件。因此，即使有機(jī)太陽能電池板比較便宜，我們也需要提高效率，使它們具有競爭力。否則，就會像是買了一幅便宜的油畫，才發(fā)現(xiàn)你需要一個昂貴的畫框。”

馬克•威爾遜（Mark Wilson）是論文的另一個作者，他說：“我認(rèn)為，非常重要的是我們要走向可持續(xù)發(fā)展的能源，而令人興奮的是可以協(xié)助探索可能的解決方案。”

阿克沙伊•拉奧（Akshay Rao）博士是論文的聯(lián)合作者，他指出：“這僅僅是第一步，要邁向新一代太陽能電池，我們感到非常興奮是可以參與這項(xiàng)工作。”

更多信息：論文《單線態(tài)激子裂變敏化紅外量子點(diǎn)太陽能電池》（Singlet Exciton Fission-Sensitized Infrared Quantum Dot Solar Cells）刊登在2012年2月8日一期的《納米快報(bào)》上。

文章中說：“我們演示了一種有機(jī)/無機(jī)混合的光伏設(shè)備架構(gòu)，采用單線態(tài)激子裂變（singlet exciton fission），每吸收一個高能光子，可以收集到兩個電子，同時，也可以利用低能量的光子。這種太陽能電池，紅外光子吸收使用硫化鉛（PbS： lead sulfide）納米晶體?？梢姽夤庾拥奈詹捎梦瀛h(huán)素，以創(chuàng)造單線態(tài)激子，經(jīng)過快速激子裂變，產(chǎn)生配對三重線態(tài)（triplets）。最重要的是，我們確定，這些三重線態(tài)激子可以電離，這要采用有機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)面（heterointerface）。我們報(bào)道的內(nèi)部量子效率超過50％，而功率轉(zhuǎn)換效率接近1％。這些結(jié)果表明，有一種替代方法，可以規(guī)避肖克利-奎伊瑟極限（Shockley-Queisser limit），就是單結(jié)太陽能電池（single-junction solar cells）功率轉(zhuǎn)換效率的極限。”

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