美研發自組裝奈米太陽能材料,理論轉換效率高達 44%

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 29 日 8:45 | 分類 太陽能 , 奈米 , 能源科技 follow us in feedly

傳統太陽能技術只能吸受特電波長的光,理論轉換效率最高只能達到 33.7%,但隨著科技日新月異,如今科學家有望透過奈米科技來突破這項限制,最近美國紐約市立大學研究員便提出自組裝奈米技術方法,進一步將太陽能理論轉換效率提高到 44%。




雖然說太陽能是種取之不盡用之不竭的綠色能源,但實際上太陽能板無法吸收所有的光線,只有在光子能量大於太陽能材料能隙時,才會被面板吸收並轉換成電力,因此市面上的面板基本上無法吸收紫外光、紅外光或是較弱的光線,這讓太陽能轉換效率大打折扣。

科學家也沒辦法找到能完全將光轉換成電力的材料,因此目前除了致力於發掘舊有太陽光電技術,已有不少科學家正希望能利用新科技帶來革命性的突破。

近期美國紐約市立大學先進科學研究中心則在自組裝(Self-assembly)奈米材料有所突破,論文第一作者 Andrew Levine 表示,團隊透過改進工業常用的染料分子來製造自組裝材料,希望可藉此提高電子產量並延長電子處於激發態的時間,讓太陽能板可以吸收更多的光。

其中處於激發態的原子或分子並不穩定,壽命通常很短,但它可以再吸收光,進而躍遷到更高能階的激發態,也能透過發射光或其它方式釋放出過剩能量。在新研究中,染料分子在自組裝過程會以特定的方式堆疊,讓已吸收光子的染料分子可以跟其他分子共享能量,或是進一步激發其他分子,而染料中的電子耦合後就可被太陽能板吸收。

(Source:Physical Chemistry

目前該團隊科學家已運用 5 種工業用染料製造出六個自組裝排列組合,每種組合都有些許差異,染料的激發態、單重態激子分裂的引發因素以及電子產量和激發態壽命都不一樣,化學系副教授 Adam Braunschweig 指出,團隊已打造出奈米材料資料庫,可加以研究調整材料性能來提高光捕捉效率。

與傳統的太陽能技術相比,分子自組等自組裝製程是利用材料之間的相互作用來形成各式結構,若太陽能製程採用該技術將能大幅減少製造時間與成本,目前團隊已提出一項解決方案來提高光吸收能量,下一步就是找出如何吸收全部的光,研究已發表在《Physical Chemistry》。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/Allagash Brewing CC BY 2.0)

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