硅太陽能電池中實現穩定“單線態裂分”效應

澳大利亞新南威爾士大學研究團隊在太陽能技術領域取得重要突破：他們找到一種穩定的有機材料，可在硅太陽能電池中實現“單線態裂分”效應。這項可將陽光“一分為二”的新技術，有望顯著提升光電轉換效率。相關成果發表於新一期《ACS能源快報》。

“單線態裂分”是一種獨特的物理過程，能讓一個光子分裂成兩個能量包，相當於把陽光的能量“分拆使用”，從而把原本以熱形式浪費的光能轉化為額外電力。研究團隊表示，通過在硅電池表面疊加一層超薄有機分子層，入射的高能光子可在該層內發生裂分，生成兩個低能激發態，並向下方的硅層注入更多電荷，顯著提高電流輸出。

目前，大多數商業化硅太陽能電池的最高轉換效率約為27%，理論上限為29.4%。高能光子（如藍光）的能量常被浪費為熱。引入“單線態裂分”機制後，這部分損耗的能量可被重新利用，理論效率有望提升至45%。

此前國際研究團隊曾用四苯等分子實現裂分，但材料穩定性不足。此次團隊採用了雙吡咯並萘啶酮（DPND），這種工業顏料類有機材料具備優異耐久性，能在空氣和潮濕環境下長期穩定工作。研究已證明，DPND可與硅電池兼容，實現能量倍增。

團隊表示，這是首次在硅材料上用基於工業顏料的穩定有機分子實現單線態裂分。這些顏料在汽車塗料等領域已廣泛使用，説明其化學穩定性足以滿足長期户外應用。該技術可通過在現有硅電池上“刷”上一層新材料實現集成。（科技日報記者 張佳欣）