Изменение солнечного спектра для превращения света в электричество: инфракрасная область солнечного спектра используется для повышения эффективности солнечных элементов

Огромный прогресс в этом направлении теперь был достигнут группой химиков из Калифорнийского университета в Риверсайде, которая нашла гениальный способ сделать преобразование солнечной энергии более эффективным. Исследователи сообщают в Nano Letters, что, объединив неорганические полупроводниковые нанокристаллы с органическими молекулами, им удалось «преобразовать с повышением частоты» фотоны в видимой и ближней инфракрасной областях солнечного спектра.

«Инфракрасная область солнечного спектра проходит прямо через фотоэлектрические материалы, из которых состоят современные солнечные элементы», — пояснил Кристофер Бардин, профессор химии. Исследование было совместным усилием его и Минг Ли Тан, доцента химии. "Это потеря энергии, независимо от того, насколько хорош ваш солнечный элемент. Гибридный материал, который мы придумали, сначала улавливает два инфракрасных фотона, которые обычно проходят прямо через солнечный элемент, не преобразуясь в электричество, а затем складывает их энергии, чтобы получить один фотон с более высокой энергией. Этот фотон, преобразованный с повышением частоты, легко поглощается фотоэлектрическими элементами, генерируя электричество из света, которое обычно тратится впустую ».

Бардин добавил, что эти материалы по существу «изменяют форму солнечного спектра», чтобы он лучше соответствовал фотоэлектрическим материалам, используемым сегодня в солнечных элементах. Возможность использовать инфракрасную часть солнечного спектра может повысить эффективность солнечной фотоэлектрической энергии на 30 и более процентов.

В своих экспериментах Бардин и Танг работали с полупроводниковыми нанокристаллами селенида кадмия и селенида свинца. Органическими соединениями, которые они использовали для получения гибридов, были дифенилантрацен и рубрен.

Нанокристаллы селенида кадмия могут преобразовывать видимые длины волн в ультрафиолетовые фотоны, а нанокристаллы селенида свинца могут преобразовывать фотоны ближнего инфракрасного диапазона в видимые фотоны.В лабораторных экспериментах исследователи направили инфракрасный свет с длиной волны 980 нанометров на гибридный материал, который затем произвел повышающее преобразование оранжево-желтого флуоресцентного света 550 нанометров, что почти вдвое увеличило энергию входящих фотонов. Исследователи смогли ускорить процесс преобразования с повышением частоты до трех порядков, покрывая нанокристаллы селенида кадмия органическими лигандами, что обеспечивает более высокую эффективность.

«Этот 550-нанометровый свет может быть поглощен любым материалом солнечных элементов», — сказал Бардин. «Ключом к этому исследованию является гибридный композитный материал, сочетающий неорганические полупроводниковые наночастицы с органическими соединениями. Органические соединения не могут поглощать в инфракрасном диапазоне, но хорошо сочетают два фотона с более низкой энергией и фотон с более высокой энергией.

Неорганический компонент поглощает два фотона и передает свою энергию органическому компоненту для объединения. Затем органические соединения производят один фотон высокой энергии.

Проще говоря, неорганические вещества в композитном материале поглощают свет, а органические вещества излучают свет ».Помимо солнечной энергии, способность преобразовывать два фотона с низкой энергией в один фотон с высокой энергией имеет потенциальные применения в создании биологических изображений, хранении данных и органических светодиодах. Бардин подчеркнул, что исследование может иметь самые разные последствия.«Возможность перемещать световую энергию от одной длины волны к другой, более полезной области, например, от красного к синему, может повлиять на любую технологию, которая использует фотоны в качестве входных или выходных сигналов», — сказал он.

Исследование поддержано грантами Национального научного фонда и армии США.Исследование проводилось также следующими соавторами исследования: Чжиюань Хуанг (первый автор), Синь Ли, Мелика Махбуб, Керри М. Хансон, Валери М. Николс и Хоанг Ле.

Группа Танга помогла разработать эксперименты и предоставила нанокристаллы.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *