科学家研究新钙钛矿材料,或可再度提高太阳能转换效率

目前市面上的太阳能大多都无法吸收波长较长的红外光,转换效率仍有许多进步空间,对此,美国科学家已寻觅出全新钙钛矿材料,未来的太阳能电池或许能好好把握占 47% 光谱的红外光,进一步提高转换效率。

阳光是由许多不同波长的电磁波构成,紫外光占 8%,可见光与红外光分别占 48% 跟 44%,其中光的能量取决于波长长度,波长越长其所含有的能量就越小,短波所含有的能量较高。

然而目前的太阳能板无法善加利用所有的光,当阳光照射到硅晶太阳能板时,只能将等同于近红外光的较低能量转换成电,其余转为热,硅晶太阳能只能吸收近红外光、可见光及紫外光,波长较长的红外光则完全无法吸收。

对此,佛罗里达州立大学为了进一步提高太阳能的转换效率,着手研究光子上转换(Photon upconversion)技术。

所谓的光子上转换,是吸收较长波长的两个或多个光子,激发出较短波长的光的过程,就好比将红外光转化为可见光,通常这类研究多是采用金属有机分子或是半导体奈米材料,象是先前美国劳伦斯柏克利国家实验室就利用有机染料涂层吸收红外光,并透过材料重放射(reemit)性能将光转换成可见光。

佛罗里达州立大学生物化学家 Lea Nienhaus 表示,团队希望可以将红外光转换为太阳能板可吸收的光。不过有别于过去的研究,他们这次选择了含铅卤素钙钛矿,并在钙钛矿中添加碳氢化合物红萤烯(rubrene),用来实现上转换发光。

为了提高转换效率并找出最适合的钙钛矿薄膜,团队也分别测试 20、30、100、380 奈米不同厚度的薄膜,他们最终发现,当厚度超过 30 纳米时,可进一步提高上转换性能。

不过与此同时,团队也发现钙钛矿薄膜会重新吸收上转换产生的可见光,研究员 Sarah Wieghold 也指出,团队还需要进一步最佳化吸收红外光的比例。

 

来源:拓墣产业研究院

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