氧气为太阳能电池研究注入新的活力

澳大利亚和美国的科学家已经能够将低能光“上转换”为高能光，高能光可以通过新的方式被太阳能电池捕获，其中氧气是令人惊讶的秘密成分。结果今天发表在《自然光子学》上。

ARC激子科学卓越中心和UNSW Sydney的资深作者Tim Schmidt教授说，虽然该方法的效率相对较低，需要更多的工作来实现商业化，但这项研究是令人兴奋的发展。

施密特教授解释说：“来自太阳的能量不仅仅是可见光。”

“光谱范围很广，其中包括使我们发热的红外光和可以灼伤皮肤的紫外线。

“大多数太阳能电池，电荷耦合器件(CCD)相机和光电二极管(将光转换成电流的半导体)都是由硅制成的，硅不能响应比近红外低能的光。

“这意味着我们许多当前的设备和技术都没有使用光谱的某些部分。”

为了扩大这些设备的灵敏度范围，并有可能提高太阳能电池的效率，一种策略是“上转换光”，将低能光转换为能激发硅的高能可见光。

施密特教授说：“这样做的一种方法是捕获多个较小的能量光子，并将它们粘合在一起。”

“这可以通过使激子(有机分子中的激子(电子和电子空穴的束缚态可以传输能量而不传输净电荷)相互作用来完成。”

到现在为止，这从未达到过硅带隙，硅带隙是将硅中的电子激发到能参与导电的状态所需的最小能量。但是，悉尼新南威尔士大学的Exciton Science研究人员已经解决了这一挑战。然后，他们将熟悉的敌人(氧气)变成了一个不太可能实现目标的朋友。

与RMIT大学和肯塔基大学的合作者一起，研究人员使用半导体量子点(纳米级人造晶体)吸收低能光，并利用分子氧将光转移至有机分子。

通常，氧对分子激子有害，但是在如此低的能量下，氧的作用会发生变化，并且它可以介导能量转移，从而使有机分子在硅带隙上方发出可见光。

RMIT大学的作者之一Jared Cole教授说：“有趣的是，经常没有氧气，很多事情都会起作用。一旦允许氧气进入，它们就会停止工作。

“正是阿喀琉斯之heel毁了我们所有的计划，但现在，我们不仅找到了解决之道，而且突然对我们有所帮助。”

效率仍然很低，但是科学家们有策略在不久的将来对此进行改进。

施密特教授说：“这只是一个早期的示范，制造商业太阳能电池还需要大量材料开发，但这向我们表明了可能。”

悉尼大学新南威尔士分校的主要作者Elham Gholizadeh对这项工作对研究领域产生快速积极影响的潜力表示乐观。

她说：“由于这是我们首次成功采用这种方法，因此我们将面临一些挑战。”

“但是我非常希望，我们可以迅速提高效率。我认为这对每个人来说都非常令人兴奋。这是使用氧气传递能量的好方法。

“紫蒽酮没有完美的光致发光量子产率，因此下一步将是寻找更好的分子。”