澳大利亞和美國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)能夠?qū)⒌湍芄?ldquo;上轉(zhuǎn)換”為高能光，高能光可以通過新的方式被太陽能電池捕獲，其中氧氣是令人驚訝的秘密成分。結(jié)果今天發(fā)表在《自然光子學(xué)》上。

ARC激子科學(xué)卓越中心和UNSW Sydney的資深作者Tim Schmidt教授說，雖然該方法的效率相對(duì)較低，需要更多的工作來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但這項(xiàng)研究是令人興奮的發(fā)展。

施密特教授解釋說：“來自太陽的能量不僅僅是可見光。”

“光譜范圍很廣，其中包括使我們發(fā)熱的紅外光和可以灼傷皮膚的紫外線。

“大多數(shù)太陽能電池，電荷耦合器件(CCD)相機(jī)和光電二極管(將光轉(zhuǎn)換成電流的半導(dǎo)體)都是由硅制成的，硅不能響應(yīng)比近紅外低能的光。

“這意味著我們?cè)S多當(dāng)前的設(shè)備和技術(shù)都沒有使用光譜的某些部分。”

為了擴(kuò)大這些設(shè)備的靈敏度范圍，并有可能提高太陽能電池的效率，一種策略是“上轉(zhuǎn)換光”，將低能光轉(zhuǎn)換為能激發(fā)硅的高能可見光。

施密特教授說：“這樣做的一種方法是捕獲多個(gè)較小的能量光子，并將它們粘合在一起。”

“這可以通過使激子(有機(jī)分子中的激子(電子和電子空穴的束縛態(tài)可以傳輸能量而不傳輸凈電荷)相互作用來完成。”

到現(xiàn)在為止，這從未達(dá)到過硅帶隙，硅帶隙是將硅中的電子激發(fā)到能參與導(dǎo)電的狀態(tài)所需的最小能量。但是，悉尼新南威爾士大學(xué)的Exciton Science研究人員已經(jīng)解決了這一挑戰(zhàn)。然后，他們將熟悉的敵人(氧氣)變成了一個(gè)不太可能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的朋友。

與RMIT大學(xué)和肯塔基大學(xué)的合作者一起，研究人員使用半導(dǎo)體量子點(diǎn)(納米級(jí)人造晶體)吸收低能光，并利用分子氧將光轉(zhuǎn)移至有機(jī)分子。

通常，氧對(duì)分子激子有害，但是在如此低的能量下，氧的作用會(huì)發(fā)生變化，并且它可以介導(dǎo)能量轉(zhuǎn)移，從而使有機(jī)分子在硅帶隙上方發(fā)出可見光。

RMIT大學(xué)的作者之一Jared Cole教授說：“有趣的是，經(jīng)常沒有氧氣，很多事情都會(huì)起作用。一旦允許氧氣進(jìn)入，它們就會(huì)停止工作。

“正是阿喀琉斯之heel毀了我們所有的計(jì)劃，但現(xiàn)在，我們不僅找到了解決之道，而且突然對(duì)我們有所幫助。”

效率仍然很低，但是科學(xué)家們有策略在不久的將來對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。

施密特教授說：“這只是一個(gè)早期的示范，制造商業(yè)太陽能電池還需要大量材料開發(fā)，但這向我們表明了可能。”

悉尼大學(xué)新南威爾士分校的主要作者Elham Gholizadeh對(duì)這項(xiàng)工作對(duì)研究領(lǐng)域產(chǎn)生快速積極影響的潛力表示樂觀。

她說：“由于這是我們首次成功采用這種方法，因此我們將面臨一些挑戰(zhàn)。”

“但是我非常希望，我們可以迅速提高效率。我認(rèn)為這對(duì)每個(gè)人來說都非常令人興奮。這是使用氧氣傳遞能量的好方法。

“紫蒽酮沒有完美的光致發(fā)光量子產(chǎn)率，因此下一步將是尋找更好的分子。”