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新2网址大全:在太阳能电池中“重现”光合作用原理,提高电池转换效率

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一种相对较新的半导体,层叠在镜面结构上,可以模仿树叶将能量从太阳移动到相对较长的距离,然后再将其用于燃料化学反应。这种方法有一天可能会提高太阳能电池的效率。


“能量传输是太阳能电池中太阳能收集和转换的关键步骤之一,我们创造了一种结构,可以支持混合光和物质的混合状态,实现高效和异常远程的能量传输。”电子和计算机工程博士后研究员、该研究的第一作者刘斌(音)说。

太阳能电池损失能量的方式之一是在没有光的情况下产生泄漏电流。这发生在太阳能电池的部分,它吸收了由光吸收产生的带负电荷的电子和带正电荷的“空穴”,并在不同的半导体之间的连接处分离它们以产生电流。


在传统的太阳能电池中,结区与收集光的区域一样大,因此电子和空穴不必走很远就能到达。但缺点是泄漏电流造成的能量损失。


自然界通过叶绿体中的大型集光“天线复合物”和更小的“反应中心”(电子和空穴在糖生产中被分离使用)将光合作用中的这些损失降至最低。然而,这些电子-空穴对,即激子,很难在半导体中长距离传输。


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刘解释说,光合作用复合体由于其高度有序的结构可以管理它,但人造材料通常太不完美。

这种新装置解决了这个问题,它没有将光子完全转化为激子,相反,它们保持了类光特性。光子-电子-空穴的混合物被称为极化子。在极化子的形态中,它的类光性质允许能量快速穿过相对较大的0.1毫米的距离,这甚至比激子在树叶中传播的距离还要远。


该团队通过将薄的、吸收光的半导体分层放在一个类似镜子的光子结构上,然后照亮它,从而创造出了极化激元。该装置的这一部分就像叶绿体中的天线复合体,在一大片区域内收集光能。在镜面结构的帮助下,半导体将极化激元汇集到探测器上,探测器将它们转换成电流。


该研究的负责人、Peter A. Franken杰出大学工程学教授Stephen Forrest表示:“这种安排的优势在于,它有可能大大提高传统太阳能电池的发电效率,在同一区域内,光收集区域和电荷分离区域共存。”


虽然研究小组知道能量的传输正在他们的系统中发生,但他们不完全确定能量是否以极化子的形式持续移动。有可能是光子在到达探测器的路上经过了一系列激子。他们把这个基本的细节留给了未来的工作,以及如何建造高效的光收集设备,利用类似光合作用的能量转移。


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