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  • 物理学家开发新的太阳能电池设计以提高效率

    作者:光行天下小萌新译 来源:物理学家组织网 时间:2024-02-21 11:18 阅读:208 [投稿]
    物理学家使用复杂的计算机模拟开发了一种新的设计,与以前可用的太阳能电池相比,这种太阳能电池的效率显著提高。

    帕德博恩大学的物理学家使用复杂的计算机模拟开发了一种新的设计,与以前可用的太阳能电池相比,这种太阳能电池的效率显著提高。薄薄的一层有机材料,即并四苯,是效率提高的原因。研究结果现已发表在《物理评论快报》上。

    “地球上太阳辐射的年能量超过一万亿千瓦时,因此超过全球能源需求的5000倍。光伏发电,即利用阳光发电,因此为清洁和可再生能源的供应提供了巨大的、仍然很大程度上未开发的潜力。用于此目的的硅太阳能电池目前主导市场,但效率有限,”物理学家、帕德博恩大学自然科学学院院长沃尔夫·格罗·施密特教授解释道。其中一个原因是,短波辐射的一些能量没有转化为电能,而是转化为不需要的热量。


    施密特解释说:“为了提高效率,硅太阳能电池可以配备有机层,例如由半导体并四苯制成。短波光被吸收到该层中,并转化为高能电子激发,即所谓的激子。这些激子在并四苯中衰变为两个低能激发。如果这些激子能够成功转移到硅太阳能电池中,它们可以有效地转化为电能,并提高可用能量的总产量。”


    在HSE和PBE理论水平上计算的Si(111):H上Tc覆盖层的态密度和能带排列。能量是指Si价带最大值(VBM)。黑色和橙色分别表示Tc-和Si-相关的态。被占用的态用阴影表示。

    能量快速转移的决定性突破

    施密特团队在帕德博恩大学高性能计算中心(PC2)的并行计算中心使用复杂的计算机模拟研究了四苯并蒽到硅的激发转移。现在取得了决定性的突破:在与帕德博恩大学的马文·克伦茨博士和乌韦·格斯特曼教授的联合研究中,科学家们已经证明,四苯并蒽薄膜和太阳能电池界面处的不饱和化学键形式的特殊缺陷极大地加速了激子转移。

    施密特指出:“这些缺陷发生在氢的解吸附过程中,并导致能量波动的电子界面态。这些波动将电子激发从并四苯传输到硅中,就像电梯一样。”

    太阳能电池中的这些“缺陷”实际上与能量损失有关。这使得三位物理学家的研究结果更加令人惊讶。

    施密特说:“就四苯并硅界面而言,缺陷对于快速能量转移至关重要。我们的计算机模拟结果确实令人惊讶。它们还为设计一种效率显著提高的新型太阳能电池提供了精确的指示。”

    相关链接:https://phys.org/news/2024-02-physicists-solar-cell-efficiency.html

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