在一項新研究中，佛羅里達州立大學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，讓科學家們了解如何進一步微調(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之上，”FSU 化學助理教授 Lea Nienhaus 說。“這篇論文著眼于鈣鈦礦/有機界面上電荷提取的潛在機制，以了解這個過程是如何以及何時發(fā)生的，這樣我們就可以提高整個設(shè)備的效率。”

這項工作發(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分子的三重態(tài)。兩個三重態(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，導致三重態(tài)的精細、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氫化合物組成的薄膜，它會發(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，導致紅熒烯在亞納秒時間尺度上產(chǎn)生三重態(tài)。

Nienhaus 說：“希望這些信息能夠為我們設(shè)計新的和改進的三重態(tài)敏化鈣鈦礦材料提供一個起點。” “在能量方面，我們希望將近紅外光上變頻到綠色或藍色光譜區(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。”

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