佛羅里達州立大學的一組研究人員正在開拓創新的方法，讓太陽能電池吸收並利用紅外光。紅外光是太陽能電池技術通常無法獲得的一部分。其研究成果發表在《物質》(Matter)和《物理化學快報上的兩項新研究中。化學和生物化學助理教授Lea Nienhaus說：我們正在研究一種優化太陽能電池效率的方法，主要目的是優化太陽能應用的這一過程。
Nienhaus和博士後研究員Sarah Wieghold為太陽能電池創造了一種新方法，以促進光子上轉換過程。在光子上轉換過程中，兩個低能光子被轉換成一個高能光子並發出可見光。通常，這些設備使用金屬有機分子或半導體納米晶體來敏化光子的上轉換，但是Nienhaus和Wieghold使用了一層鹵化鉛鈣鈦礦薄膜，這是一種很有前途的太陽能電池材料。鈣鈦礦與一種叫做橡膠的碳氫化合物結合，這種碳氫化合物會發出向上轉換的光。
這一過程背後的想法是創造更有效的太陽能電池，可以檢測和利用紅外線。紅外光譜中的波長沒有足夠的能量來激發典型太陽能電池中的電子，因此不是一種可行的能量來源。這意味著有大量的太陽光譜不能被太陽能電池吸收，想把紅外光轉換成一種可以被太陽能電池看到和使用的波長。為了設備效率，研究人員需要製造一種厚度剛好合適的鈣鈦礦薄膜。測試了20、30、100和380納米厚的薄膜。當厚度超過30納米時，上轉換過程在太陽能條件下變得有效。
為了優化設備性能，研究人員改變了吸收劑——鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的厚度。當Nienhaus和Wieghold進行測試時，還發現這些設備的行為方式不同尋常。雖然該裝置將紅外光轉化為可見光，鈣鈦礦也重新吸收了部分在上轉換過程中產生的可見光。使用鈣鈦礦薄膜是一種權衡，用橡膠製造更多可見光並不意味著更多的光從設備中出來，這是違反直覺的。因此，需要更詳細設備工程來優化設備中紅外線與可見光的比例。
博科園｜研究/來自：佛羅里達州立大學
參考期刊《物理化學快報》
DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b01526
博科園｜科學、科技、科研、科普
交流、探討、學習、科學圈