鈣鈦礦將紅外光轉換成可見光,或可再度提高太陽能轉換效率

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 05 日 8:00 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly


目前市面上的太陽能大多都無法吸收波長較長的紅外光,轉換效率仍有許多進步空間,對此,美國科學家已尋覓出全新鈣鈦礦材料,未來的太陽能電池或許能好好把握占 47% 光譜的紅外光,進一步提高轉換效率。

陽光是由許多不同波長的電磁波構成,紫外光占 8%,可見光與紅外光分別占 48% 跟 44%,其中光的能量取決於波長長度,波長越長其所含有的能量就越小,短波所含有的能量較高。

然而目前的太陽能板無法善加利用所有的光,當陽光照射到矽晶太陽能板時,只能將等同於近紅外光的較低能量轉換成電,其餘轉為熱,矽晶太陽能只能吸收近紅外光、可見光及紫外光,波長較長的紅外光則完全無法吸收。

對此,佛羅里達州立大學為了進一步提高太陽能的轉換效率,著手研究光子上轉換(Photon upconversion)技術。

所謂的光子上轉換,是吸收較長波長的兩個或多個光子,激發出較短波長的光的過程,就好比將紅外光轉化為可見光,通常這類研究多是採用金屬有機分子或是半導體奈米材料,像是先前美國勞倫斯柏克利國家實驗室就利用有機染料塗層吸收紅外光,並透過材料重放射(reemit)性能將光轉換成可見光。

佛羅里達州立大學生物化學家 Lea Nienhaus 表示,團隊希望可以將紅外光轉換為太陽能板可吸收的光。不過有別於過去的研究,他們這次選擇了含鉛鹵素鈣鈦礦,並在鈣鈦礦中添加碳氫化合物紅螢烯(rubrene),用來實現上轉換發光。

為了提高轉換效率並找出最適合的鈣鈦礦薄膜,團隊也分別測試 20、30、100、380 奈米不同厚度的薄膜,他們最終發現,當厚度超過 30 奈米時,可進一步提高上轉換性能。

不過與此同時,團隊也發現鈣鈦礦薄膜會重新吸收上轉換產生的可見光,研究員 Sarah Wieghold 也指出,團隊還需要進一步最佳化吸收紅外光的比例。

目前研究已發表在《Matter》與《Journal of Physical Chemistry Letters》。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/Oregon Department of Transportation CC BY 2.0)

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