帕德博恩大學(xué)的物理學(xué)家使用復(fù)雜的計算機模擬開發(fā)了一種新的設(shè)計，與以前可用的太陽能電池相比，這種太陽能電池的效率顯著提高。薄薄的一層有機材料，即并四苯，是效率提高的原因。研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《物理評論快報》上。

“地球上太陽輻射的年能量超過一萬億千瓦時，因此超過全球能源需求的5000倍。光伏發(fā)電，即利用陽光發(fā)電，因此為清潔和可再生能源的供應(yīng)提供了巨大的、仍然很大程度上未開發(fā)的潛力。用于此目的的硅太陽能電池目前主導(dǎo)市場，但效率有限，”物理學(xué)家、帕德博恩大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院院長沃爾夫·格羅·施密特教授解釋道。其中一個原因是，短波輻射的一些能量沒有轉(zhuǎn)化為電能，而是轉(zhuǎn)化為不需要的熱量。

施密特解釋說：“為了提高效率，硅太陽能電池可以配備有機層，例如由半導(dǎo)體并四苯制成。短波光被吸收到該層中，并轉(zhuǎn)化為高能電子激發(fā)，即所謂的激子。這些激子在并四苯中衰變?yōu)閮蓚�低能激發(fā)。如果這些激子能夠成功轉(zhuǎn)移到硅太陽能電池中，它們可以有效地轉(zhuǎn)化為電能，并提高可用能量的總產(chǎn)量。”

在HSE和PBE理論水平上計算的Si(111):H上Tc覆蓋層的態(tài)密度和能帶排列。能量是指Si價帶最大值（VBM）。黑色和橙色分別表示Tc-和Si-相關(guān)的態(tài)。被占用的態(tài)用陰影表示。

能量快速轉(zhuǎn)移的決定性突破

施密特團(tuán)隊在帕德博恩大學(xué)高性能計算中心（PC2）的并行計算中心使用復(fù)雜的計算機模擬研究了四苯并蒽到硅的激發(fā)轉(zhuǎn)移�，F(xiàn)在取得了決定性的突破：在與帕德博恩大學(xué)的馬文·克倫茨博士和烏韋·格斯特曼教授的聯(lián)合研究中，科學(xué)家們已經(jīng)證明，四苯并蒽薄膜和太陽能電池界面處的不飽和化學(xué)鍵形式的特殊缺陷極大地加速了激子轉(zhuǎn)移。

施密特指出：“這些缺陷發(fā)生在氫的解吸附過程中，并導(dǎo)致能量波動的電子界面態(tài)。這些波動將電子激發(fā)從并四苯傳輸?shù)焦柚�，就像電梯一樣�！?/p>

太陽能電池中的這些“缺陷”實際上與能量損失有關(guān)。這使得三位物理學(xué)家的研究結(jié)果更加令人驚訝。

施密特說：“就四苯并硅界面而言，缺陷對于快速能量轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。我們的計算機模擬結(jié)果確實令人驚訝。它們還為設(shè)計一種效率顯著提高的新型太陽能電池提供了精確的指示�！�

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-02-physicists-solar-cell-efficiency.html