光倍增 稳定改善太阳能电池

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这两种有前途的技术:单重态裂变光子乘数和串联太阳能电池。 虽然潜在的效率提高几乎相等,但单重态裂变光子乘数在不同的天气条件下变得更加稳定。 此外,单重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能源信函中发表了他们的发现。

在过去的20年里,实验室生产的创纪录硅太阳能电池的效率只增加了2%,在未来几年里很难做出进一步的改进。 主要原因是传统的太阳能电池浪费了很大一部分进入的阳光。 硅技术根本不能将所有的阳光转化为电能,因为硅只吸收部分太阳光谱。 此外,来自光谱蓝色部分的高能光子没有被有效地转换,它们在太阳能电池中产生不必要的热量。

在AMOLF研究所,由BrunoEhrler领导的混合太阳能电池小组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.. “有两种很有前途的策略可以极大地改善太阳能电池,”Ph说。 D.学生莫里茨·福彻。 第一种是基于混合钙钛矿材料和硅的串联太阳能电池技术,受到了广泛的关注,并得到了来自世界各地的研究人员的广泛研究。 我们也研究钙钛矿,但我们也是研究第二种技术的少数研究小组之一,该技术利用了一种称为单线态裂变的过程。

单分子裂变是一个只发生在有机半导体中的过程。 当一个高能光子被吸收时,会产生一个称为单重态激子的高能粒子.. 这种单重态激子转化为两个三重态激子,每个激子的能量约为单重态激子的一半。 “通过这种方法,我们从一个高能光子中产生了两个低能光子。 然后,这些光子通过量子点发射到底层的太阳电池中,这是由半导体制成的微小粒子。 “这样,单重态裂变就可以成为光子乘数。”

Futscher和他的同事从理论上比较了单重态裂变光子倍增器和串联太阳能电池,它们在实际天气条件下使用钙钛矿和硅的组合。 “我们知道,串联太阳能电池在阳光充足的地区工作得很好,但在天气条件波动的地区表现不佳。 所以我们考虑了天气和太阳光谱。 “我们发现,单重态裂变光子倍增器和硅太阳电池的结合,以及钙钛矿与硅(串联)的结合。 然而,在荷兰出现的波动天气条件下,单重态裂变光子乘数证明是一个更稳定的选择。

单重态裂变太阳能电池和串联太阳能电池可能起作用,在某些情况下甚至更好,这一事实使它成为一个非常有趣的替代方案。 “这些光子乘数很容易产生。 它基本上是一种薄的塑料箔,可以放置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。 “虽然这项技术在最新的最先进的太阳能电池中效果最好,但这种单线态裂变箔甚至可以改善使用中的硅太阳能电池的性能,特别是在我们荷兰面临的不同天气条件下。

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