Кислород вдыхает новую жизнь в исследования солнечных батарей

Несмотря на то, что эффективность этого подхода относительно низкая, и для его коммерциализации требуется больше работы, исследование является интересным событием, по словам старшего автора, профессора Тима Шмидта (Tim Schmidt) из Центра передовых технологий в области экситонных наук ARC и UNSW в Сиднее.

«Энергия солнца – это не просто видимый свет», – объясняет профессор Шмидт.

Большинство солнечных батарей, CCD-матриц и фотодиодов (полупроводник, который преобразует свет в электрический ток) изготовлены из кремния, который не может реагировать на свет менее энергетический, чем ближний инфракрасный».

«Это означает, что некоторые части светового спектра не используются многими нашими современными устройствами и технологиями».

Чтобы расширить диапазон чувствительности этих устройств и потенциально увеличить эффективность солнечных батарей, одной из стратегий является «upconvert light», превращающая низкоэнергетический свет в высокоэнергетический, видимый свет, который может возбуждать кремний.

«Один из способов сделать это – захватить несколько фотонов света меньшей энергии и склеить их вместе», – говорит профессор Шмидт.

«Это может быть сделано путем взаимодействия экситонов (связанных состояний электронов и электронных дыр, которые могут транспортировать энергию без переноса чистого электрического заряда) в органических молекулах».

До сих пор этого никогда не удавалось достичь за пределами зазора кремниевой полосы, который является минимальной энергией, необходимой для возбуждения электрона в кремнии до состояния, в котором он может участвовать в проводимости. Однако исследователи компании Exciton Science, базирующейся в UNSW в Сиднее, решили эту проблему. И они превратили знакомого противника, кислород, в друга, который вряд ли достигнет своей цели.

Совместно с сотрудниками университета RMIT и университета штата Кентукки исследователи использовали полупроводниковые квантовые точки (наноразмерные искусственные кристаллы) для поглощения низкоэнергетического света, а молекулярный кислород – для переноса света к органическим молекулам.

Обычно кислород вреден для молекулярных экситонов, но при таких низких энергиях его роль меняется и он может опосредованно передавать энергию, позволяя органическим молекулам излучать видимый свет выше зазора кремниевой полосы.

Автор статьи профессор Джаред Коул из университета RMIT говорит: «Что интересно, так это то, что часто без кислорода многое работает хорошо. И как только вы впускаете кислород, они перестают работать».

«Это Ахиллесова пята разрушила все наши планы, но теперь мы не только нашли способ обойти ее, но и внезапно она нам помогает».

Эффективность все еще низкая, но у ученых есть стратегии, чтобы улучшить это в ближайшем будущем.

«Это только ранняя демонстрация, и для создания коммерческих солнечных батарей необходимо разработать довольно много материалов, но это показывает нам, что это возможно», – говорит профессор Шмидт.

А ведущий автор Эльхам Голизаде (Elham Gholizadeh), также из UNSW в Сиднее, с оптимизмом смотрит на потенциал этой работы, способной быстро оказать положительное влияние на область исследований.

«Так как мы впервые добиваемся успеха с помощью этого метода, мы столкнемся с некоторыми трудностями», – говорит она.

Но я очень надеюсь и думаю, что мы сможем быстро повысить эффективность». Я думаю, что это очень увлекательно для всех». Это хороший метод использования кислорода для передачи энергии.

«Виолантрон не имеет идеального квантового выхода фотолюминесценции, поэтому следующим шагом будет поиск еще лучшей молекулы».

https://econet.ru/articles/kislorod-vdyhaet-novuyu-zhizn-v-issledovaniya-solnechnyh-batarey