物理学家利用有机材料并四苯开发出效率显著提高的新型太阳能电池

帕德博恩大学的物理学家利用复杂的计算机模拟设计出一种新型太阳能电池，其效率大大高于现有的太阳能电池。性能的提升归功于一种名为"蒽"的有机化合物的细长涂层。相关成果最近发表在著名期刊《物理评论快报》上。

"地球上每年的太阳辐射能超过一万亿千瓦小时，因此超过全球能源需求的 5000 多倍。因此，光伏技术，即利用太阳光发电，为清洁和可再生能源的供应提供了巨大的潜力，但这一潜力在很大程度上仍未得到开发。"帕德博恩大学自然科学系主任、物理学家沃尔夫-吉罗-施密特（Wolf Gero Schmidt）教授解释说："目前，用于这一目的的硅太阳能电池在市场上占主导地位，但其效率有限。其中一个原因是短波辐射的部分能量没有转化成电能，而是转化成了无用的热量。"

(从左至右）作者 Uwe Gerstmann 博士、Marvin Krenz 博士和 Wolf Gero Schmidt 博士教授与他们关于太阳能电池能量传输的海报。图片来源：帕德博恩大学，Besim Mazhiqi

施密特解释说："为了提高效率，可以在硅太阳能电池中加入有机层，例如由半导体并四苯制成的有机层。短波光会被这层有机层吸收，并转化为高能电子激发子，即所谓的激子。这些激子在并四苯中衰变为两个低能激子。如果能成功地将这些激子转移到硅太阳能电池中，就能有效地将它们转化为电能，并提高可用能量的总体产量。"

施密特的团队正在帕德博恩大学的高性能计算中心--帕德博恩并行计算中心（PC2）使用复杂的计算机模拟，研究蒽向硅的激发转移。现在已经取得了决定性的突破：在与同样来自帕德博恩大学的 Marvin Krenz 博士和 Uwe Gerstmann 教授共同进行的一项研究中，科学家们发现，在蒽薄膜和太阳能电池之间的界面上存在不饱和化学键形式的特殊缺陷，这会极大地加速激子转移，这种缺陷发生在氢的解吸过程中，并导致具有波动能量的电子界面态，这些波动像升降机一样将电子激发子从梭碳烯传送到硅中。

太阳能电池中的这种"缺陷"实际上与能量损失有关，这使得三位物理学家的研究结果更加令人吃惊："就梭形硅界面而言，缺陷对于能量的快速传输至关重要。我们的计算机模拟结果确实令人吃惊。我们的计算机模拟结果确实令人吃惊，同时也为设计效率显著提高的新型太阳能电池提供了精确指标。"

编译来源：ScitechDaily