美國勞倫斯伯克利國家實驗室近日成功在奈米粒子有所突破，讓太陽能板可更有效的吸收並轉換紅外光，大幅提升太陽能板光吸收效率。
團隊利用有機染料（organic dyes）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譜。根據其在期刊《Nature Photonics》研究，有機染料本身可重放射 33,000 倍亮度，因此團隊將材料與奈米粒子相互作用，將材料光轉換效率提高 100 倍。
伯克利研究所科學家 Bruce Cohen 表示，當今太陽能技術大多以捕捉可見光為主，紅外光時常被忽略進而浪費，而該有機染料可以捕捉大量紅外光，再藉由新型染料敏化奈米技術將紅外光有效轉換成可見光，能大幅提高太陽能光吸收效率。
該團隊研究變頻奈米粒子（UCNPs）已有十年之久，其在 2012 年的研究指出 UCNPs 上的染料能增強光轉換，可吸收兩個或更多低能量光子並轉換成高能量光子，但其機制一直是個謎團，Cohen 也表示，染料在陽光下幾乎會立刻衰退，因此無人知曉染料如何與奈米粒子相互作用。
而團隊如今已成功破解該謎團，UCNPs 是運用奈米粒子中的鑭系金屬（lanthanide）不尋常特性，將紅外光轉換成可見光。加洲大學柏克萊分校（CAL）博士生 David Garfield 和分子鑄造科學家 Nicholas Borys 團隊成員實驗表明，染料與鑭系金屬存有共生關係。
染料對粒子中鑭系金屬的接近性（proximity）會增強染料的存在（presence），該現象被稱為三重態（triplet state），可更有效的把能量移到金屬上，將許多紅外光子轉換成可見光單一光子，且當奈米粒子中的鑭系金屬濃度從 22% 增加到 52% 時，可進一步增強光轉換。
Cohen 指出，研究顯示鑭系金屬會促使有機染料進入三重態，而三重態容易在空氣中衰退，恰好可以解釋能量轉移效率和染料為何會不穩定。
目前該研究由於材料不穩定，實驗測試是在氮氣環境中進行，但團隊皆看好染料奈米粒子未來應用，分子鑄造科學家 James Schuck 表示，該有機染料奈米粒子的尺寸約為 12nm，可用於太陽能電池表面，讓電池捕獲更多光線。另一用途則是用於生物影像（biological imaging）技術，藉由將奈米粒子置入細胞，可在光學顯微學中可標記細胞組成，或是用於深層組織影像跟光遺傳學，利用光來控制細胞活性。
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：伯克利國家實驗室）
