「俄羅斯光方塊」分解光粒子 提高太陽能電池效率

編譯／高晟鈞

來自澳洲新南威爾大學的Tim Schmidt教授，致力於單重態激子裂變（Singlet exciton fission）研究十餘年，成功觀測出裂變過程，並藉此製造出世界上第一個在理論容量以上運作的太陽能電池原型，為下一代太陽能電池製程提供強大的推動力。

單重態激子裂變

基本上，人們無法找到能100%轉化所有光的材料。根據蕭基‧奎伊瑟極限（Shockley-Queisser limit），半導體無法吸收能量小於自身能隙的光子，即使光子能量大於能隙，半導體吸收光子後還是只能產生跟自身能隙一樣的能量，其他能量會以熱的形式散失，而這也是太陽能電池板不能全效率運行的一大原因。以矽晶太陽能電池來說，最高轉換效率達29%即觸頂。

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單重態激子裂變（Singlet exciton fission）是一種特殊的量子現象，激子（Exciton）在吸收到光子後會一分為二，進而產生多個三重態激子（Triplet Exciton），使高能量光子可產生兩對電子電洞對。光子被分解成兩個較小的能量塊，並且可以單獨被使用。這確保了光譜中更多較高能量的部分被使用，而不是作為能量散失。

將單重態激子裂變引入矽基太陽能板的製程將使得分子層能夠像面板提供額外電流，藉此提高太陽能電池的效率。

投資未來

研究團隊使用單波長雷射來激發單重態激子裂變材料，接著使用電磁體施加磁場，降低了裂變過程的速度以便觀察。根據對單重態激子裂變的過程的深入研究，Schmidt教授對改進矽基太陽能電池原型充滿信心，並表示能讓其效率突破29%的瓶頸，達到至少30%以上。

去年，澳洲再生能源機構（ARENA）選擇新南威爾斯大學的單重態激子裂變研究作為其超低成本太陽能計畫，目標是到 2030 年開發能夠以每瓦30美分以下的成本實現30%以上效率的技術。

資料來源:TechXplore

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