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光倍增可以稳定地改善太阳能电池

  现在基于硅技术的太阳能电池几乎达到了效率极限,来自世界各地的研究人员正在寻找替代技术来进一步提高太阳能电池的效率。来自AMOLF和剑桥大学的物理学家使用建模技术来比较两种有前途的技术:单线态裂变光子倍增器和串联太阳能电池。虽然潜在的效率提高几乎相等,但单线裂变光子倍增器在不同的天气条件下变得更加稳定。此外,单线态裂变光子倍增器不需要修改硅技术,这意味着它甚至可以用于改进现有的太阳能电池。研究人员在ACS Energy Letters上发表了他们的发现。

  在过去的20年中,实验室生产的创纪录硅太阳能电池的效率仅提高了2%,未来几年将很难进一步改进。主要原因是传统的太阳能电池浪费了很大一部分入射的太阳光。硅技术根本无法将所有太阳光转换成电能,因为硅只能吸收部分太阳光谱。而且,来自光谱的蓝色部分的高能光子不能有效地转换,并且它们在太阳能电池中产生不需要的热量。

  在AMOLF研究所,由Bruno Ehrler领导的Hybrid Solar Cells集团研究有机半导体的特性,以克服无机(硅)太阳能电池的局限性。“有两种有希望的策略可以极大地改善太阳能电池,”博士说。学生Moritz Futscher。“第一个基于混合钙钛矿材料和硅的组合的串联太阳能电池技术受到了很多关注,并得到了世界各地研究人员的广泛研究。我们也研究了钙钛矿,但我们也是其中之一。很少有研究第二种技术的研究小组利用一种叫做单线裂变的过程。“

  单线态裂变是仅在有机半导体中发生的过程。当高能光子被吸收时,产生称为单重态激子的高能粒子。这个单线态激子转换成两个三重态激子,每个激子的能量大约是单重态激子的一半。“通过这种方法,我们用一个高能光子产生两个低能光子。这些光子然后通过量子点,半导体制成的微小粒子发射到下面的太阳能电池中,”Futscher解释说。“这样,单线裂变可以作为光子倍增器。”

  Futscher和他的同事理论上将单线态裂变光子倍增器与在真实天气条件下使用钙钛矿和硅的组合的串联太阳能电池进行了比较。“我们知道串联太阳能电池在阳光充足的地区运行良好,但在天气条件波动的地区表现不佳。因此我们考虑了天气和太阳光谱,”Futscher说。“我们发现单线态裂变光子倍增器和硅太阳能电池的组合与钙硅石与硅(串联)的组合一样好。但是,在荷兰发现的波动天气条件下,单线态裂变光子倍增器证明是一个更稳定的选择。“

  基于单线裂变的太阳能电池可能与串联太阳能电池一样工作 - 甚至在某些情况下更好 - 这一事实使其成为一个非常有趣的替代方案。“这些光子倍增器很容易制作。它基本上是一个薄的塑料薄膜,可以放在现有的太阳能电池之上。太阳能电池技术本身不需要改变,”Futscher说。“虽然该技术最先用最先进的太阳能电池,但这种单线裂变箔甚至可以提高硅太阳能电池的使用性能,特别是在荷兰不同的天气条件下。”

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