科學(xué)家利用光子核聚變來提升太陽能電池性能

【資料簡介】

科學(xué)家利用光子核聚變來提升太陽能電池性能 
        德國美因茲市馬普高分子研究所和斯圖加特索尼材料科學(xué)實(shí)驗室研究小組發(fā)明了一種新方法，將低能長波光子（光粒子）轉(zhuǎn)化為更高能量的短波光子。將該技術(shù)應(yīng)用在2種光激活材料上，科學(xué)家們使用正常光（比如太陽光）,將光子能量與特定波長結(jié)合在一起。
    在以前的研究中，只有使用高能量密度激光才能獲得類似結(jié)果。該研究取得成功突破可能會為新一代更太陽能電池開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
    目前所使用的太陽能電池性能非常有限，實(shí)際原因就是無法利用長波低能太陽光。一種解決辦法就是增加長波范圍內(nèi)光粒子（光子）的低能量，縮短他們的波長，使太陽能電池利用那些波長范圍內(nèi)的光能成為可能。但是直到現(xiàn)在，這種方法還是以失敗而告終，該方法只是激劇增強(qiáng)了這些波長范圍內(nèi)光子的性能。以前研究中，只有采用高能量密度激光，在特定的環(huán)境下，將2個低能光子合成一個高能光子（一種光子核聚變）才能獲得類似結(jié)果。
    德國美因茲市馬普高分子研究所和斯圖加特索尼材料科學(xué)實(shí)驗室的科學(xué)家們向前邁出了重要的一步。在探索此類方法中，他們?nèi)〉昧顺晒?。他們將正常光中的光子進(jìn)行配對，從而改變了光的波長。他們利用2種材料（八乙基卟吩鉑和二苯蒽）將正常光源中的長波綠光轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄋ{(lán)光。利用激光也可以獲得類似的結(jié)果，同樣也要對光子進(jìn)行配對，但是方法卻不一樣。
    當(dāng)使用激光來使分子吸收2個光子時，分子通常只會吸收一個光子，只有激光束連續(xù)轟擊光子才有可能使分子吸收2個光子。經(jīng)一個不同的機(jī)理，即三重態(tài)與三重態(tài)的自我毀滅后2個伙伴光子在分子間配對在一起。通過選擇不同的對應(yīng)“匹配”分子，合并來自整個太陽光譜中的光子能量便成為可能。
    研究人員開發(fā)出的2種“光子匹配”材料具有*不同的特性。一種作為綠光（天線分子）的“天線”，由2個低能綠光光子合成一個高能藍(lán)光光子的其它光子對作為發(fā)射器（發(fā)射器分子）。整個詳細(xì)情況如下：首先天線分子吸收一個綠光低能光子，然后將綠光低能光子打成能量包傳遞給發(fā)射器分子。在一個分子處于“激活”狀態(tài)后，2個分子貯存另一個分子的能量。這時候攜帶能量的發(fā)射器分子會相互起反應(yīng)，一個分子將它的能量包傳遞給另一個。一分子回復(fù)到它的低能狀態(tài)。相反，另一個分子貯存了2個能量包，獲得一個非常高的能量狀態(tài)。當(dāng)大能量包在藍(lán)光光子形態(tài)下打開的時候，這種狀態(tài)將再次迅速崩潰。盡管這個光粒子比開始綠光發(fā)射的光粒子的能量高和波長短，zui終結(jié)果也沒有產(chǎn)生任何能量，但是來自2個光子的能量卻結(jié)合成了一個。
    就化學(xué)層面上來講這個過程相當(dāng)有趣，分子必須小心謹(jǐn)慎地使能量能夠有效傳遞，天線分子和發(fā)射器分子在這一捷徑過程中均不能失去其能量。因此，研究人員不得不合成一種天線分子，該天線分子能吸收長波光，并貯存足夠長的時候，以確保能量能夠傳遞到發(fā)射器分子。只有復(fù)雜鉑原子金屬有機(jī)混合物的環(huán)形分子適合。另外，發(fā)射器分子還必須能夠從天線分子處獲得能量包，并將能量保存給后續(xù)光子核聚變釋放出的另一個激活發(fā)射器分子。
    由于這一方法可以將以前不可用的太陽光部分應(yīng)用到太陽能電池中，科學(xué)家們希望該方法能成為制造更高性能太陽能電池的理想起始點(diǎn)。為了將這一方法進(jìn)行優(yōu)化，使它更接近實(shí)際應(yīng)用，科學(xué)家們正測試其它顏色光譜的新配對材料，并正著手將這些材料合成一種聚合體矩陣。