兴奋状态！ - 太阳能电池技术的突破
过去，太阳能电池的效率受到限制。在传统的硅基太阳能电池中，每个撞击电池表面的光子都会释放一个电子。具有更大能量的光子不会产生影响，因为它们无法吸引额外的电子。研究人员现在提出了一种获得高能光子以释放两个电子而不是一个电子的新方法，这为一种效率更高的新型太阳能电池开辟了道路。
传统太阳能电池可实现的最高理论效率为 29.1%。在过去的几年里，麻省理工学院和其他地方的研究人员开发了一种提高细胞效率的新方法。
早期示范
该技术的原理已为人所知，并且已经进行了示范。然而，这项技术需要数年时间才能投入使用。早期的研究表明有机光伏电池从一个光子释放两个电子。然而，硅太阳能电池比有机太阳能电池更有效。当对顶层由并四苯组成的太阳能电池进行测试时，两个电子的转移并不简单。虽然这项技术在 4 年前就已概念化，但现在它的实用性已成为现实。
激发过程
该技术涉及使用激子，激子是一组包含激发态的材料。它们能够将一个光子的能量划分为两个电子。激子是像电子一样在电路中传播的能量包。然而，与电子相比，它们具有不同的特性。在这个过程中，进行了单重态激子裂变，其中光能被分裂成两个独立的移动能量包。硅太阳能电池吸收一个光子形成激子，激子发生裂变反应形成两个激发态，每个能量包的能量为初始状态的一半。
解决挑战
将从光子获得的能量耦合到硅中是困难的，因为它是一种非激子材料。研究小组试图将激子层的能量耦合到称为量子点的微小半导体粒子中。这是太阳能电池技术取得突破的时候，它们既是无机的又是激子的。这导致了一种更高效的硅太阳能电池的发展。
表面化学的作用
能量转移可能不是由于材料的体积，而是由于材料的表面。由于他们专注于硅的表面化学，研究小组能够获得预期的结果。这有助于确定那里存在的表面状态。解决方案在于薄的中间层，该中间层位于并四苯层和硅电池层之间的界面处。使用的中间材料是氧氮化铪，它只有几个原子厚，可作为激子的桥梁。这项新技术将最大理论效率从29.1%提高到35%。
范围
尽管已经实现了两种材料的有效耦合，但该过程需要进一步优化硅电池。需要将电池做得比目前的版本更薄。还必须对材料的耐久性进行稳定化。该产品需要几年时间才能上市。其他提高效率的方法包括在硅上添加其他类型的电池，例如钙钛矿层。
工业技术