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光合作用复制品可能改善太阳能电池
2022年09月11日    新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

一种相对较新的半导体,层叠在镜面结构上,可以模仿树叶将能量从太阳移动到相对较长的距离,然后再将其用于燃料化学反应。这种方法有一天可能会提高太阳能电池的效率。

“能量传输是太阳能电池中太阳能收集和转换的关键步骤之一,”电气和计算机工程博士后研究员刘斌(Bin Liu)说,他是《光学》杂志上这项研究的第一作者。

“我们创造了一种能够支持混合轻物质混合状态的结构,实现了高效和超长距离的能量传输。”

太阳能电池损失能量的方式之一是在没有光的情况下产生的漏电流。这发生在太阳能电池的一部分,它吸收光产生的带负电荷的电子和带正电荷的“空穴”,并在不同半导体之间的结处将它们分离,以产生电流。

在传统的太阳能电池中,结面积与收集光的面积一样大,因此电子和空穴不必走很远就能到达。但缺点是来自这些泄漏电流的能量损失。

自然界通过叶绿体中的大型集光“天线复合体”和小得多的“反应中心”将光合作用中的这些损失降到最低,电子和空穴被分离用于糖生产。然而,这些被称为激子的电子-空穴对在半导体中很难长距离传输。

刘解释说,光合复合物由于其高度有序的结构,可以管理它,但人造材料通常太不完美。

新设备通过不将光子完全转换为激子来解决这个问题鈥攊取而代之的是,它们保持着它们的轻质。光子-电子-空穴混合物称为极化子。在极化子形式中,它的类光性质允许能量快速跨越0.1毫米的相对较大距离,这甚至比激子在叶子内部行进的距离更远。

该团队通过在类似于镜子的光子结构上层叠薄的光吸收半导体,然后对其进行照明,从而产生了极性子。该装置的这一部分就像叶绿体中的天线复合体,在大面积收集光能。在镜面结构的帮助下,半导体将极性子输送到探测器,探测器将它们转换成电流。

“这种安排的优势在于,它有可能极大地提高传统太阳能电池的发电效率,其中光收集和电荷分离区域共存于同一区域,”领导这项研究的彼得·A·弗兰肯大学杰出工程教授斯蒂芬·福雷斯特(Stephen Forrest)说。

虽然团队知道能量的传输正在他们的系统中发生,但他们并不完全确定能量是否以极性子的形式持续移动。这可能是光子在到达探测器的过程中在一系列激子上冲浪。他们将这一基本细节留给未来的工作,以及如何构建高效的光收集装置,利用光合作用的能量传递。

标签:行业资讯机器人配件与装备系统及软件医用机器人
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