美國大學(xué)將太陽能電池效率提高到44％

　　傳統(tǒng)太陽能電池的效率可大幅度提高，一項(xiàng)新的研究探討了太陽能轉(zhuǎn)換機(jī)制，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(University of Texas at Austin)化學(xué)家朱曉陽(Xiaoyang Zhu)。朱曉陽和他的研究小組發(fā)現(xiàn)，有可能使每一個(gè)陽光光子產(chǎn)生的電子數(shù)量增加一倍，只需使用一種有機(jī)塑料半導(dǎo)體材料。

　　“塑料半導(dǎo)體太陽能電池的生產(chǎn)具有很大的優(yōu)勢，其中之一就是成本低，”化學(xué)教授朱曉陽說。“結(jié)合潛力巨大的分子設(shè)計(jì)和合成，我們的發(fā)現(xiàn)打開了一扇大門，可以帶來一種令人興奮的新方法，進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換，可產(chǎn)生高得多的效率。”

　　朱曉陽和他的小組發(fā)表了他們的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，就在12月16日的《科學(xué)》上，題為《觀察多激子狀態(tài)在單線態(tài)裂變中確保超快多電子轉(zhuǎn)移》(Observing the Multiexciton State in Singlet Fission and Ensuing Ultrafast Multielectron Transfer)

　　今天使用的硅太陽能電池，最大理論效率大約為31%，因?yàn)檎丈涞诫姵厣系拇蟛糠痔柲芰慷继?，難以轉(zhuǎn)化為可用的電力。這種能量在形式上是“熱電子”，會散發(fā)為熱量。捕獲熱電子有可能提高效率，使太陽能到電力的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到66%。

　　朱曉陽和他的研究小組先前曾表明，可以捕獲這些熱電子，只需要使用半導(dǎo)體納米晶體。他們在2010年的《科學(xué)》上發(fā)表了那項(xiàng)研究，但朱曉陽說，靠那項(xiàng)研究，要實(shí)際實(shí)施一項(xiàng)可行的技術(shù)，還面臨很多挑戰(zhàn)。

　　“一件事情是，”朱曉陽說，“要達(dá)到66%的效率，只有使用高度集中的陽光，不能只用原始自然陽光，就是通常照射到太陽能電池板上的陽光。這就會產(chǎn)生一些問題，因?yàn)橐紤]設(shè)計(jì)一種新材料或設(shè)備。”

　　為了規(guī)避這個(gè)問題，朱曉陽和他的小組已經(jīng)找到一種替代方法。他們發(fā)現(xiàn)，一個(gè)光子會產(chǎn)生一個(gè)黑暗的量子“陰影狀態(tài)”，隨后，可以從中有效地捕捉到兩個(gè)電子，以產(chǎn)生更多的能量，這要采用半導(dǎo)體并五苯(pentacene)。

　　朱曉陽說，利用這種機(jī)制，可以把太陽能電池效率提高到44%，不需要聚集太陽光束，這會促進(jìn)更廣泛地使用太陽能技術(shù)。

　　這一研究小組牽頭的是陳煒倫(Wai-lun Chan)，他是朱曉陽小組的博士后研究員，協(xié)助人員還有博士后研究員曼努埃爾 里格斯(Manuel Ligges)，阿斯卡特 金勞柏克夫(Askat Jailaubekov)，羅蘭 凱克(Loren Kaake)和路易斯 馬佳 阿維拉(Luis Miaja-Avila)幫助。這項(xiàng)研究的支持來自國家科學(xué)基金會和能源部。