无需技巧即可收集热电子可以提高太阳能电池板的效率

时间:2019-11-18 13:38 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

  

无需技巧即可收集热电子可以提高太阳能电池板的效率

 

  如研究中所使用的,这是用于超快光谱的装置。

  太阳能电池板的效率受到“金锁”问题的阻碍:光需要具有适量的能量才能转换为电压。能量太小,光子(光能的包裹)直接穿过面板。过多,多余的能量会随着热量消失。已经尝试了几种技巧来收集高能光子。格罗宁根大学和南洋理工大学的科学家现在表明,通过结合两种材料,多余的能量被利用而不是浪费为热量。这可以潜在地提高太阳能电池板的能源效率。

  半导体将能量从光子(光)转换为电子电流。但是,某些光子携带的能量过多,无法吸收材料。这些光子产生“热电子”,这些电子的多余能量转化为热。材料科学家一直在寻找收集这种多余能量的方法。格罗宁根大学和南洋理工大学(新加坡)的科学家现在表明,通过将钙钛矿与用于“热电子”的受体材料结合起来,这可能比预期的要容易。他们的原理证明于2109年11月15日发表在《科学进展》上。

  在光伏电池中,半导体将吸收光子能量,但仅从具有适当能量的光子中吸收能量:太少且光子直接穿过材料,太多而多余的能量会因热量而损失。合适的量由带隙确定:最高占据的分子轨道(HOMO)和最低的未占据的分子轨道(LUMO)之间的能级差。

  纳米粒子

  格罗宁根大学超快光谱学教授Maxim Pshenichnikov解释说:“高能光子产生的热电子多余能量会很快被材料吸收为热量。” 为了完全捕获热电子的能量,必须使用带隙较大的材料。但是,这意味着热电子应在失去能量之前先传输到该材料。当前收集这些电子的一般方法是减慢能量损失,例如通过使用纳米粒子代替块状材料。普谢尼希科夫解释说:“在这些纳米粒子中,电子释放出多余的能量作为热量的选择较少。”

  结果表明,来自钙钛矿半导体的热电子容易被bphen吸收。Pshenichnikov与南洋理工大学过去三年的客座教授一起,研究了一种系统,该系统将有机-无机杂化钙钛矿半导体与有机化合物红菲咯啉(bphen)结合在一起,这种材料具有很大的带隙。科学家利用激光激发钙钛矿中的电子,并研究了所产生的热电子的行为。

  屏障

  普舍尼奇尼科夫解释说:“我们使用了一种称为泵推探测的方法,分两步激发电子,并在飞秒的时间尺度上对其进行研究。” 这使科学家能够在钙钛矿中产生电子,其能级刚好高于bphen的带隙,而不会激发bphen中的电子。因此,这种材料中的任何热电子都将来自钙钛矿。

  结果表明,来自钙钛矿半导体的热电子容易被bphen吸收。发生这种情况不需要减速这些电子,而且不需要散装材料。因此,没有任何花招,就收获了热电子。但是,科学家们注意到所需的能量略高于bphen带隙。'这是出乎意料的。显然,需要一些额外的能量来克服两种材料之间的界面处的障碍。”

  然而,该研究为在块状钙钛矿半导体材料中收集热电子提供了原理证明。普申尼科夫:“实验是在与可见光相当的真实能量下进行的。下一个挑战是使用这种材料组合来构建真正的设备。”

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