隨著新能源的不斷開(kāi)發(fā)與使用，科學(xué)家們也在思考如何能夠充分利用新型能源資源，降低在使用過(guò)程中的一些不必要損耗。于是，一種用于太陽(yáng)能電池新型混合材料應(yīng)運(yùn)而生，使用該材料后可以讓原先被浪費(fèi)的部分太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，從而大大提升了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。
美國(guó)加州大學(xué)的Christopher Bardeen教授及其研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，混合分子納米晶體可以將兩種低能光子相結(jié)合產(chǎn)生一種高能光子，不僅使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了最大化，而且極大地降低了太陽(yáng)能發(fā)電成本，這標(biāo)志著人類在太陽(yáng)能電池制備領(lǐng)域邁出了重要的一步。
圖片說(shuō)明：（a）當(dāng)一束綠色激光照射到包覆有機(jī)材料的硒化鎘上時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化為更高能的光；（b）而照射到包覆著其他材料的硒化鎘上時(shí)，光將直接通過(guò)。
科學(xué)家們指出，彩虹即是由不同波長(zhǎng)的光子組成的，波長(zhǎng)不同，其散發(fā)出的能量也不同，總的來(lái)說(shuō)，光子的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，能量越低，而這也為太陽(yáng)能工程師們制備太陽(yáng)能電池提供了靈感。太陽(yáng)能電池的工作原理即是使光子與電子相互作用，將光子的能量轉(zhuǎn)化為電能。
所有的太陽(yáng)能電池都有一個(gè)帶隙（導(dǎo)帶的最低點(diǎn)和價(jià)帶的最高點(diǎn)的能量之差，帶隙越大，導(dǎo)帶的電導(dǎo)率也就越低），在使用過(guò)程中，太陽(yáng)能電池僅能利用能量高于帶隙的光子，而低于帶隙的光子能量卻不能得到很好的利用。這樣一來(lái)，太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的捕獲率還不到34%，而如果能將兩種低能光子結(jié)合成一種能量高于帶隙的光子，則多余的能量就能被捕獲，從而提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。具體來(lái)說(shuō)這種轉(zhuǎn)換過(guò)程為：一個(gè)光子將其中一個(gè)電子的能量提高至激發(fā)態(tài)，而在電子變回到基態(tài)之前時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)光子；接著第二個(gè)光子便將電子的能量再次提高至更高的激發(fā)態(tài)，而當(dāng)電子再次變?yōu)榛鶓B(tài)時(shí)，它便將兩者的能量通過(guò)單個(gè)波長(zhǎng)更短的光子釋放出來(lái)。
那么如何使光子發(fā)生上述轉(zhuǎn)換呢？Bardeen通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，外表包覆有機(jī)分子紅熒烯和二苯基蒽的硒納米晶體可將近紅外光子轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)為550納米的橙黃光。Berdeen說(shuō)：“這種硒納米晶體吸收了兩個(gè)光子，然后將其能量傳遞給其中的有機(jī)成分，從而使有機(jī)化合物產(chǎn)生一種高能光子。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即先由復(fù)合材料中的無(wú)機(jī)物吸收光子然后再通過(guò)有機(jī)物將其釋放出來(lái)。”Berdeen指出，通過(guò)對(duì)紅外光進(jìn)行“特殊處理”，極大地提高了太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收率，使太陽(yáng)能電池的電能轉(zhuǎn)換效率提升了1000倍。
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