在一項(xiàng)新研究中，佛羅里達(dá)州立大學(xué)的一名研究人員闡明了用于制造更好太陽能電池的過程的基本特性，讓科學(xué)家們了解如何進(jìn)一步微調(diào)該工作并構(gòu)建更高效的設(shè)備。

“這是建立在我們用新材料制造更好的太陽能電池的目標(biāo)之上，”FSU 化學(xué)助理教授 Lea Nienhaus 說。“這篇論文著眼于鈣鈦礦/有機(jī)界面上電荷提取的潛在機(jī)制，以了解這個(gè)過程是如何以及何時(shí)發(fā)生的，這樣我們就可以提高整個(gè)設(shè)備的效率。”

這項(xiàng)工作發(fā)表在 ACS Energy Letters 雜志上。

Nienhaus 一直致力于以多種方式制造更高效的太陽能電池。

一種方法是通過將不可用的低能量光轉(zhuǎn)換成可用的高能量光來擴(kuò)展太陽能電池可以利用的太陽光譜區(qū)域。這可以通過稱為光子上轉(zhuǎn)換或三重三重湮沒的過程發(fā)生。

在太陽能電池中作為電流提取的相同電荷載流子也可以填充有機(jī)分子的三重態(tài)。兩個(gè)三重態(tài)的組合產(chǎn)生更高能量的發(fā)射單重態(tài)。產(chǎn)生的高能發(fā)射光子然后可以被太陽能電池吸收。

然而，迄今為止，導(dǎo)致三重態(tài)的精細(xì)、閃電般快速的電荷提取過程尚不清楚。

Nienhaus 及其同事創(chuàng)造了一種由鹵化鉛鈣鈦礦和一種叫做紅熒烯的碳?xì)浠衔锝M成的薄膜，它會(huì)發(fā)出上轉(zhuǎn)換的光。然后，他們利用超快瞬態(tài)吸收光譜來了解產(chǎn)生三重態(tài)的潛在電荷轉(zhuǎn)移過程的確切時(shí)間。

他們發(fā)現(xiàn)該過程涉及鈣鈦礦中的熱激發(fā)或“熱”電荷載流子，導(dǎo)致紅熒烯在亞納秒時(shí)間尺度上產(chǎn)生三重態(tài)。

Nienhaus 說：“希望這些信息能夠?yàn)槲覀冊O(shè)計(jì)新的和改進(jìn)的三重態(tài)敏化鈣鈦礦材料提供一個(gè)起點(diǎn)。” “在能量方面，我們希望將近紅外光上變頻到綠色或藍(lán)色光譜區(qū)域，以真正最大化上變頻中獲得的能量增益。如果我們知道所涉及的確切電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制和能級，我們就可以調(diào)整等式的兩邊并最大限度地提高性能。”

本文的其他貢獻(xiàn)者是 FSU 研究生 Carl Conti、Alexander Bieber 和 Zachary VanOrman;FSU 本科生 Gregory Moller;FSU 化學(xué)教授杰弗里·斯特勞斯;以及來自阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的 Sarah Wieghold 和 Richard Schaller。