科學家利用光子核聚變來提升太陽能電池性能

【資料簡介】

科學家利用光子核聚變來提升太陽能電池性能 
        德國美因茲市馬普高分子研究所和斯圖加特索尼材料科學實驗室研究小組發(fā)明了一種新方法，將低能長波光子（光粒子）轉(zhuǎn)化為更高能量的短波光子。將該技術(shù)應(yīng)用在2種光激活材料上，科學家們使用正常光（比如太陽光）,將光子能量與特定波長結(jié)合在一起。
    在以前的研究中，只有使用高能量密度激光才能獲得類似結(jié)果。該研究取得成功突破可能會為新一代更太陽能電池開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
    目前所使用的太陽能電池性能非常有限，實際原因就是無法利用長波低能太陽光。一種解決辦法就是增加長波范圍內(nèi)光粒子（光子）的低能量，縮短他們的波長，使太陽能電池利用那些波長范圍內(nèi)的光能成為可能。但是直到現(xiàn)在，這種方法還是以失敗而告終，該方法只是激劇增強了這些波長范圍內(nèi)光子的性能。以前研究中，只有采用高能量密度激光，在特定的環(huán)境下，將2個低能光子合成一個高能光子（一種光子核聚變）才能獲得類似結(jié)果。
    德國美因茲市馬普高分子研究所和斯圖加特索尼材料科學實驗室的科學家們向前邁出了重要的一步。在探索此類方法中，他們?nèi)〉昧顺晒?。他們將正常光中的光子進行配對，從而改變了光的波長。他們利用2種材料（八乙基卟吩鉑和二苯蒽）將正常光源中的長波綠光轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄋ{光。利用激光也可以獲得類似的結(jié)果，同樣也要對光子進行配對，但是方法卻不一樣。
    當使用激光來使分子吸收2個光子時，分子通常只會吸收一個光子，只有激光束連續(xù)轟擊光子才有可能使分子吸收2個光子。經(jīng)一個不同的機理，即三重態(tài)與三重態(tài)的自我毀滅后2個伙伴光子在分子間配對在一起。通過選擇不同的對應(yīng)“匹配”分子，合并來自整個太陽光譜中的光子能量便成為可能。
    研究人員開發(fā)出的2種“光子匹配”材料具有*不同的特性。一種作為綠光（天線分子）的“天線”，由2個低能綠光光子合成一個高能藍光光子的其它光子對作為發(fā)射器（發(fā)射器分子）。整個詳細情況如下：首先天線分子吸收一個綠光低能光子，然后將綠光低能光子打成能量包傳遞給發(fā)射器分子。在一個分子處于“激活”狀態(tài)后，2個分子貯存另一個分子的能量。這時候攜帶能量的發(fā)射器分子會相互起反應(yīng)，一個分子將它的能量包傳遞給另一個。一分子回復(fù)到它的低能狀態(tài)。相反，另一個分子貯存了2個能量包，獲得一個非常高的能量狀態(tài)。當大能量包在藍光光子形態(tài)下打開的時候，這種狀態(tài)將再次迅速崩潰。盡管這個光粒子比開始綠光發(fā)射的光粒子的能量高和波長短，zui終結(jié)果也沒有產(chǎn)生任何能量，但是來自2個光子的能量卻結(jié)合成了一個。
    就化學層面上來講這個過程相當有趣，分子必須小心謹慎地使能量能夠有效傳遞，天線分子和發(fā)射器分子在這一捷徑過程中均不能失去其能量。因此，研究人員不得不合成一種天線分子，該天線分子能吸收長波光，并貯存足夠長的時候，以確保能量能夠傳遞到發(fā)射器分子。只有復(fù)雜鉑原子金屬有機混合物的環(huán)形分子適合。另外，發(fā)射器分子還必須能夠從天線分子處獲得能量包，并將能量保存給后續(xù)光子核聚變釋放出的另一個激活發(fā)射器分子。
    由于這一方法可以將以前不可用的太陽光部分應(yīng)用到太陽能電池中，科學家們希望該方法能成為制造更高性能太陽能電池的理想起始點。為了將這一方法進行優(yōu)化，使它更接近實際應(yīng)用，科學家們正測試其它顏色光譜的新配對材料，并正著手將這些材料合成一種聚合體矩陣。