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渦輪增壓式”的硅光伏:麻省理工的科學(xué)家探索單線態(tài)激子裂變
日期:2019-07-15   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_lijunya 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們已開發(fā)出一種設(shè)備,并稱它可以給單結(jié)硅光伏電池“渦輪增壓”,將這種技術(shù)的效率推至理論極限之上,達(dá)到35%甚至更高。

上周發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文詳細(xì)描述了麻省理工學(xué)院的科學(xué)家如何證明單線態(tài)激子裂變效應(yīng)如何應(yīng)用于硅太陽能電池,并有可能實現(xiàn)高達(dá)35%的電池效率。單線態(tài)激子裂變是一種存在于某些材料中的效應(yīng),其中單個光子(光粒子)在被吸收到太陽能電池中時可以產(chǎn)生兩個電子——空穴對,而不是通常的一個。早在20世紀(jì)70年代,科學(xué)家就觀察到了這種效應(yīng)。在過去十年中全球一些主要研究機構(gòu)都將它作為重要的研究領(lǐng)域,但將這一效應(yīng)轉(zhuǎn)化為可行的太陽能電池已被證明并非易事。在論文《通過單重態(tài)激子裂變敏化硅》中,科學(xué)家聲稱首次將這種效應(yīng)從一種已知的“激子”材料轉(zhuǎn)移到目標(biāo)材料——即將并四苯(一種碳?xì)浠衔镉袡C半導(dǎo)體)轉(zhuǎn)至晶體硅中。他們通過在硅太陽能電池和激子并四苯之間放置僅幾個原子厚度的鉿氮氧化物層,實現(xiàn)了這一創(chuàng)舉。

“事實證明,在這兩個系統(tǒng)之間的界面處,這極薄的一層材料最終成為了成功關(guān)鍵,”麻省理工學(xué)院激子學(xué)中心的研究生Markus Einziger解釋說,“這就是為什么其他研究人員無法讓這個過程發(fā)揮作用,而我們最終做到了。”

橋梁效應(yīng)

鉿氮氧化物層作用好比一座“利于通行的橋”,使得在并四苯層中產(chǎn)生的高能光子可以觸發(fā)硅電池中兩個電子的釋放。科學(xué)家們報告說,這一發(fā)現(xiàn)使光譜綠色和藍(lán)色部分的能量輸出增加了一倍。

然而,盡管他們推測這一進(jìn)展可以將硅太陽能電池的效率提高到最高約35%——超過單結(jié)硅太陽能的理論極限,但他們并未給出實驗中實際達(dá)到的效率。

研究人員表示,雖然他們新發(fā)表的論文給出了有效耦合兩種材料的“關(guān)鍵步驟”,但他們?nèi)杂泄ぷ饕?。麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機科學(xué)教授Marc Baldo說:“我們?nèi)匀恍枰獮檫@一過程優(yōu)化硅電池??偟膩碚f,商業(yè)應(yīng)用可能還需要幾年時間。”

效率有可能更高

麻省理工學(xué)院的研究人員熱衷于在此領(lǐng)域繼續(xù)探索,他們將之稱作給硅太陽能電池“渦輪增壓”。這不同于如今最常采用的聚焦串疊電池概念的提高太陽能電池效率的方法。“我們是向硅中注入更多的電流而不是制造兩個電池,”Baldo表示。

團(tuán)隊將繼續(xù)使用這些材料,并有望實現(xiàn)單結(jié)硅的效率提升,甚至超過35%的理論值。“我們知道鉿氮氧化物會在界面處產(chǎn)生額外的電荷,通過稱為電場鈍化的過程減少損耗,”Einziger透露,“如果我們能夠更好地控制這種現(xiàn)象,效率有可能變得更高。”麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們已開發(fā)出一種設(shè)備,并稱它可以給單結(jié)硅光伏電池“渦輪增壓”,將這種技術(shù)的效率推至理論極限之上,達(dá)到35%甚至更高。

上周發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文詳細(xì)描述了麻省理工學(xué)院的科學(xué)家如何證明單線態(tài)激子裂變效應(yīng)如何應(yīng)用于硅太陽能電池,并有可能實現(xiàn)高達(dá)35%的電池效率。單線態(tài)激子裂變是一種存在于某些材料中的效應(yīng),其中單個光子(光粒子)在被吸收到太陽能電池中時可以產(chǎn)生兩個電子——空穴對,而不是通常的一個。早在20世紀(jì)70年代,科學(xué)家就觀察到了這種效應(yīng)。在過去十年中全球一些主要研究機構(gòu)都將它作為重要的研究領(lǐng)域,但將這一效應(yīng)轉(zhuǎn)化為可行的太陽能電池已被證明并非易事。在論文《通過單重態(tài)激子裂變敏化硅》中,科學(xué)家聲稱首次將這種效應(yīng)從一種已知的“激子”材料轉(zhuǎn)移到目標(biāo)材料——即將并四苯(一種碳?xì)浠衔镉袡C半導(dǎo)體)轉(zhuǎn)至晶體硅中。他們通過在硅太陽能電池和激子并四苯之間放置僅幾個原子厚度的鉿氮氧化物層,實現(xiàn)了這一創(chuàng)舉。

“事實證明,在這兩個系統(tǒng)之間的界面處,這極薄的一層材料最終成為了成功關(guān)鍵,”麻省理工學(xué)院激子學(xué)中心的研究生Markus Einziger解釋說,“這就是為什么其他研究人員無法讓這個過程發(fā)揮作用,而我們最終做到了。”

橋梁效應(yīng)

鉿氮氧化物層作用好比一座“利于通行的橋”,使得在并四苯層中產(chǎn)生的高能光子可以觸發(fā)硅電池中兩個電子的釋放??茖W(xué)家們報告說,這一發(fā)現(xiàn)使光譜綠色和藍(lán)色部分的能量輸出增加了一倍。

然而,盡管他們推測這一進(jìn)展可以將硅太陽能電池的效率提高到最高約35%——超過單結(jié)硅太陽能的理論極限,但他們并未給出實驗中實際達(dá)到的效率。

研究人員表示,雖然他們新發(fā)表的論文給出了有效耦合兩種材料的“關(guān)鍵步驟”,但他們?nèi)杂泄ぷ饕觥B槭±砉W(xué)院電氣工程與計算機科學(xué)教授Marc Baldo說:“我們?nèi)匀恍枰獮檫@一過程優(yōu)化硅電池。總的來說,商業(yè)應(yīng)用可能還需要幾年時間。”

效率有可能更高

麻省理工學(xué)院的研究人員熱衷于在此領(lǐng)域繼續(xù)探索,他們將之稱作給硅太陽能電池“渦輪增壓”。這不同于如今最常采用的聚焦串疊電池概念的提高太陽能電池效率的方法。“我們是向硅中注入更多的電流而不是制造兩個電池,”Baldo表示。

團(tuán)隊將繼續(xù)使用這些材料,并有望實現(xiàn)單結(jié)硅的效率提升,甚至超過35%的理論值。“我們知道鉿氮氧化物會在界面處產(chǎn)生額外的電荷,通過稱為電場鈍化的過程減少損耗,”Einziger透露,“如果我們能夠更好地控制這種現(xiàn)象,效率有可能變得更高。

原標(biāo)題:渦輪增壓式”的硅光伏:麻省理工的科學(xué)家探索單線態(tài)激子裂變

 
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