理论家找到一种提高太阳能电池效率的新方法

在设计的二维卟啉晶格中的单向激子电流（显示为浅色迹线）的表示。插图：Lauren Aleza Kaye

麻省理工学院和哈佛大学的研究人员发现了一种渲染激发器免疫，以在通过材料跳跃时粘在微型缺陷中，这可能导致了改善光伏器件的效率。

太阳能电池性能的主要限制发生在光伏材料本身内：当光子撞击太阳能电池的分子时，它们会转移它们的能量，产生称为激子的准颗粒 - 一种通电状态。通电状态可以从一个分子到接下来的一个分子，直到它转移到电线中的电子，这可以点亮灯泡或转动电动机。

但随着激情琴通过材料跳跃，它们易于陷入小型缺陷，或陷阱 - 导致它们释放其浪费光的能量。

现在，麻省理工学院和哈佛大学的研究人员已经找到了一种方式使激发器免受这些陷阱，可能提高光伏器件的效率。作品在杂志自然材料中文描述。

它们的方法是基于最近关于异国情调的电子国家称为拓扑绝缘体的研究，其中材料的大部分是电绝缘体 - 即，它不允许电子自由移动 - 而其表面是良好的导体。

麻省理工学院 - 哈佛大队使用这种潜在的原则，称为拓扑保护，但将其应用于激子而不是电子，解释了MIT兴奋中心的邮局，joel yuen是电子学习实验室的一部分。他说，拓扑保护“在过去几年中，物理和材料社区一直是一个非常受欢迎的想法”，已成功应用于电子和光子材料。

移动在表面上

Yuen解释，拓扑激子将仅在材料表面移动，其运动方向由所施加的磁场的方向确定。在这方面，它们的行为类似于拓扑电子或光子的行为。

在理论分析中，该团队研究了激子的行为，在有机材料中，卟啉薄膜，并确定它们通过材料的运动会免于倾向于在常规太阳能电池中捕获激子的缺陷。

该分析的卟啉选择是基于它是一个众所周知的和广泛研究的材料系列，在哈佛大学的博士教局和兴奋中心附属公司的附属公司。他说，下一步将是将分析扩展到其他类型的材料。

虽然到目前为止的工作是理论上的，但实验主义者渴望追求这个概念。最终，这种方法可能导致类似于电子设备的新电路，而是基于控制激子的流动而非电子来电，Yuen说。“如果有兴奋的电路，”他说，“这可能是管辖其运作的机制。但是，这项工作的可能第一次应用将在创造太阳能电池，这些太阳能电池不容易受到激子捕获的影响。

休斯顿大学化学教授的Eric Bittner说，没有与这项工作无关，“这项工作对基本和实际的水平有趣。在基本方面，有趣的是，人们可以能够产生具有拓扑性质的兴趣材料。这为理论和实验工作开辟了新的大道。… 在实践方面，这些材料的有趣性质以及我们谈论相当简单的起始零件 - 卟啉薄膜 - 使它们为新设备进行新颖的材料。“

该工作得到了美国能源部和国防威胁减少机构的支持。哈佛大学的研究生诺曼瑶也是一个共同作者。

出版物：乔尔元周，等，“卟啉薄膜的拓扑保护激子，”自然材料，2014; DOI：10.1038 / NMAT4073

图像：Lauren Aleza Kaye