澳大利亚利用半导体量子点成功将低能量光转换成高能光

澳大利亚和美国的科学家已经成功将将光从硅带隙下方“上转换”为高能光，硅太阳能电池可以捕获高能光。

许多太阳能技术都没有利用到光谱的某些部分，但澳大利亚和美国的科学家们正在推动光伏电池灵敏度的发展，将低能量的光转化为能激发硅的更有能量的可见光。研究人员利用氧气作为光转换催化剂，通过光化学“上转换”实现了这一点。

虽然已经开发出了在近红外光子能量上转换光的系统，但在硅带隙之下的上转换一直无法实现。新南威尔士大学悉尼分校的研究人员以及来自RMIT大学和肯塔基大学的科学家最近在《自然光子学》上解释说，他们展示了一种上转换成分，利用半导体量子点吸收低能量的光，并利用分子氧将光转移到有机分子上。

新南威尔士大学教授蒂姆·施密特表示一种上转换光的方法是捕获多个较小的能量光子，并将它们粘在一起。施密特解释说：“这可以通过激子相互作用来实现，激子是电子的束缚态，电子空穴可以传输能量而不传输净电荷。”

为了扩大太阳能电池的灵敏度范围，研究人员使用了氧气，氧气通常对分子激子有害。但是，他们证明了氧可以介导能量转移，从而使有机分子在硅带隙上方发出可见光。

RMIT大学的贾里德·科尔教授说：“有趣的是，在没有氧气的情况下，很多东西都能正常工作。一旦你允许氧气进入，它们就停止工作。这是毁了我们所有计划的致命弱点，但现在，我们不仅找到了绕过它的方法，它突然间帮助了我们。”

研究人员使用PBS半导体纳米晶体增敏剂来吸收硅带隙以下的光子，并填充在单态态氧能量以下的紫蒽酮三态。在两个单线态氧分子的能量传递之后，三态紫罗兰色团在可见光谱中发光。

新南威尔士悉尼大学的首席作者Elham Gholizadeh说：“硫蒽酮并没有完美的光致发光量子产量，所以下一步将是寻找更好的分子。但我非常有希望，并且认为我们可以迅速提高效率。”

据微锂电小组调查，由于效率仍然很低，科学家们说，要将这项技术用于商业太阳能电池，还需要大量的材料开发。