并五苯半导体可使太阳能电池转化率达44%

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据美国物理学家组织网12月15日报道，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员表示，根据有关太阳能能量转换机制的全新研究，利用一种有机塑料半导体材料，可使传统太阳能电池的效率显著增加，从31%提升至44%。相关研究报告发表在12月16日出版的《科学》杂志上。

领导这一研究的该校化学系教授朱晓阳（音译）及其团队发现，利用一种有机塑料半导体材料，可使从太阳光子收获的电子数量增加一倍。朱教授表示，塑料半导体太阳能电池的生产具有很大优势，其中之一就是成本较低。新材料开启了太阳能能量转换的新途径，从而让能量转换效率达到更高。目前使用的硅太阳能电池的最大理论效率大约为31%，这是因为投射在电池上的太阳能大多过高而难以转化为可用的电力。这种以“热电子”形式呈现的能量，会以热能的形式损失掉。而捕获热电子能潜在提高太阳能到电力的转化效率，甚至可使这一比率达到66%。研究团队之前表明，可以借助半导体纳米晶体捕获热电子,但这种技术的实际应用却十分具有挑战性。

朱教授表示：“66%的转换效率仅在阳光高度集中时才能达到，而不是投射在太阳能电池上的普通阳光。这将在考虑新材料或设备的设计时产生问题。”为了避免这个问题，科研人员找到了一种替代方法。他们发现在并五苯半导体内吸收光子能够创建一个激发的电子空穴对，即激发性电子（激子）。并五苯等小分子在纯态时可以导电，而且它们可以直接做成晶体或薄膜供各种装置使用。激子与量子力学相耦合，能够引发黑暗的多激子态。这种暗量子“阴影态”是捕获两个电子最有效的来源，利用这种机制，可将太阳能电池的效率提高至44%，而无需使用高度集中的太阳光束，这能够为未来太阳能技术更广泛地使用奠定基础。