单重裂变太阳能电池中能量缺失的奥秘-已解决

林雪平大学物理，化学和生物学系高级讲师Yuttapoom Puttisong。

三重态对的形成和准分子样重组之间的竞争控制着单重态裂变产率。

可以通过利用称为单重态裂变的现象来提高太阳能电池的效率。然而，迄今为止，反应期间无法解释的能量损失一直是主要问题。由瑞典林雪平大学科学家领导的一个研究小组发现了单线态裂变过程中发生的情况以及能量损失的去向。研究结果已经发表在细胞报告物理科学杂志上。

太阳能是最重要的无化石和生态友好型可持续能源。当前使用的硅基太阳能电池最多可以使用太阳光中大约33％的能量并将其转换为电能。这是因为太阳光束中的光或光子束的能量太低而不能被太阳能电池吸收，或者能量太高，以致于一部分能量被耗散以浪费热量。这种最大的理论效率称为Shockley-Queisser极限。实际上，现代太阳能电池的效率为20％至25％。

在这项研究中，使用二苯基己三烯（DPH）作为单重裂变材料。

但是，分子光物理中的一种现象称为单线裂变，可以使具有较高能量的光子被使用并转化为电能而不会产生热量损失。近年来，单线态裂变引起了科学家的越来越多的关注，并且为开发出最佳材料正在进行激烈的活动。然而，迄今为止，单线态裂变期间无法解释的能量损失使这种材料的设计变得困难。研究人员尚未就这些能量损失的根源达成共识。

现在，林雪平大学的研究人员与剑桥，牛津，多诺斯蒂亚和巴塞罗那的同事一起，发现了单线裂变过程中能量的流向。

“单裂变的发生时间不到一纳秒，这使得测量非常困难。我们的发现使我们能够打开黑匣子，并观察反应过程中能量的流向。这样，我们最终将能够优化材料以提高太阳能电池的效率。”林雪平大学物理，化学和生物学系高级讲师Yuttapoom Puttisong说。

从磁光仪器的内部观看，这有助于Yuttapoom Puttisong及其团队开发出一种在单线态裂变中寻找能量损失的方案。

一部分能量以中间明亮状态的形式消失，这是必须解决的问题，以实现有效的单重态裂变。发现能量的流向是显着提高太阳能电池效率的重要一步-从目前的33％提高到40％以上。

研究人员使用改进的磁光瞬态方法来确定能量损失的位置。该技术具有独特的优势，因为它可以在纳秒级的时间范围内检查单重态裂变反应的“指纹”。在这项研究中使用了多烯，二苯基己三烯（DPH）的单斜晶体。但是，这项新技术可用于研究更广泛的材料库中的单重态裂变。黄玉清（Yuqing Huang）是林雪平大学物理，化学和生物学系的前博士研究生，并且是第一篇文章的作者，该文章现在发表在新成立的期刊细胞报告物理科学上。

实际的单线态裂变过程发生在晶体材料中。如果我们能够优化这种材料以保留尽可能多的单线裂变能量，那么我们将更接近实际应用。此外，单线态裂变材料是可溶液加工的，这使其制造成本低廉，并适合与现有的太阳能电池技术集成。

参考：三重对对形成和准分子样重组之间的竞争控制着黄玉清，伊琳娜·布亚诺瓦，查纳肯·潘萨，玛丽亚·桑多瓦尔·萨利纳斯，戴维·卡萨诺瓦，威廉·K·迈尔斯，尼尔·格林汉姆，阿克瑟·饶，魏敏Chen M和Yuttapoom Puttisong，2021年2月8日，细胞报告物理科学。DOI：
10.1016 / j.xcrp.2021.100339

这项研究主要由瑞典研究委员会以及Knut和Alice Wallenberg基金会资助。