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據(jù)外媒報道，通過利用一種被稱為單重態(tài)裂變的現(xiàn)象，可以提高太陽能電池的效率。然而，到目前為止，反應(yīng)過程中無法解釋的能量損失一直是一個主要問題。瑞典林雪平大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了單重態(tài)裂變過程中發(fā)生的情況以及損失的能量去向。該成果已發(fā)表在《細(xì)胞報告物理科學(xué)》雜志上。


太陽能是最重要的無化石、環(huán)保的可持續(xù)電力來源之一。目前使用的硅基太陽能電池最多只能利用太陽光中約33%的能量并將其轉(zhuǎn)化為電能。這是因為太陽光束中的光包或光子的能量太低，無法被太陽能電池吸收，或者太高，因此部分能量被耗散為廢熱。這個最大理論效率被稱為肖克利-奎伊瑟極限。在實踐中，現(xiàn)代太陽能電池的效率為20-25%。

然而，在分子光物理學(xué)中，一種被稱為單重態(tài)裂變的現(xiàn)象可以使具有較高能量的光子得到利用，并在沒有熱損失的情況下轉(zhuǎn)化為電能。近年來，單重態(tài)裂變引起了科學(xué)家們越來越多的關(guān)注，開發(fā)最佳材料的活動正在緊張進(jìn)行。然而，到目前為止，單重態(tài)裂變過程中無法解釋的能量損失使設(shè)計這種材料變得困難。研究人員一直無法就這些能量損失的來源達(dá)成一致。


現(xiàn)在，林雪平大學(xué)的研究人員與劍橋、牛津、圣塞瓦斯蒂安和巴塞羅那的同事一起發(fā)現(xiàn)了單重態(tài)裂變過程中的能量去向。

“單重態(tài)裂變在不到一納秒的時間內(nèi)發(fā)生，這使得測量它變得非常困難。我們的發(fā)現(xiàn)使我們能夠打開黑匣子，看到反應(yīng)過程中能量的去向。通過這種方式，我們最終將能夠優(yōu)化材料，以提高太陽能電池的效率。”林雪平大學(xué)物理、化學(xué)和生物系高級講師Yuttapoom Puttisong說。

部分能量以中間亮態(tài)的形式消失，這是實現(xiàn)高效單重態(tài)裂變必須解決的問題。發(fā)現(xiàn)能量的去向是實現(xiàn)太陽能電池效率顯著提高（從目前的33%提高到40%以上）道路上的重要一步。


研究人員使用了一種精細(xì)的磁光瞬態(tài)方法來確定能量損失的位置。這種技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢，它可以在納秒的時間尺度上考察單重態(tài)裂變反應(yīng)的“指紋”。然而，這種新技術(shù)可以用于研究更廣泛的材料庫中的單重態(tài)裂變。該研究已發(fā)表在《細(xì)胞報告物理科學(xué)》雜志上。

“實際的單重態(tài)裂變過程發(fā)生在晶體材料中。如果我們能夠優(yōu)化這種材料，盡可能多地保留單重態(tài)裂變的能量，我們將大大接近實際應(yīng)用。此外，這種單重態(tài)裂變材料是可以溶液加工的，這使得它的制造成本很低，適合與現(xiàn)有的太陽能電池技術(shù)相結(jié)合。”林雪平大學(xué)物理、化學(xué)和生物系的博士生、該研究的第一作者黃玉清說。 

原標(biāo)題：科學(xué)家揭開單重態(tài)裂變太陽能電池中的能量缺失之謎