一種相對較新的半導(dǎo)體，層疊在類似鏡子的結(jié)構(gòu)上，可以模仿樹葉在相對較長的距離內(nèi)將來自太陽的能量移動到燃料化學(xué)反應(yīng)的方式。這種方法有朝一日可能會提高太陽能電池的效率。

“能源傳輸是太陽能電池中太陽能收集和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵步驟之一，”電氣和計算機工程博士后研究員、Optica雜志上該研究的第一作者 Bin Liu 說。

“我們創(chuàng)造了一種結(jié)構(gòu)，可以支持混合光物質(zhì)混合狀態(tài)，實現(xiàn)高效和超遠距離的能量傳輸。”

太陽能電池損失能量的方式之一是在沒有光的情況下產(chǎn)生的漏電流。這發(fā)生在太陽能電池的一部分，該部分吸收光吸收產(chǎn)生的帶負電的電子和帶正電的“空穴”，并在不同半導(dǎo)體之間的連接處將它們分開以產(chǎn)生電流。

在傳統(tǒng)的太陽能電池中，結(jié)面積與收集光的面積一樣大，因此電子和空穴不必走很遠就能到達它。但缺點是這些泄漏電流的能量損失。

自然通過葉綠體中的大型集光“天線復(fù)合物”和電子和空穴分離用于糖生產(chǎn)的小得多的“反應(yīng)中心”，最大限度地減少了光合作用中的這些損失。然而，這些被稱為激子的電子-空穴對在半導(dǎo)體中很難長距離傳輸。

劉解釋說，光合復(fù)合物可以通過高度有序的結(jié)構(gòu)來管理它，但人造材料通常太不完美了。

新設(shè)備通過不將光子完全轉(zhuǎn)換為激子來解決這個問題——相反，它們保持了類光的特性。光子-電子-空穴混合物被稱為極化子。在極化子形式中，它的類光特性允許能量快速穿過相對較大的 0.1 毫米距離，這甚至比激子在葉子內(nèi)傳播的距離還要遠。

該團隊通過將薄的、吸光的半導(dǎo)體層疊在類似于鏡子的光子結(jié)構(gòu)上，然后對其進行照明，從而創(chuàng)造了極化子。該設(shè)備的這一部分就像葉綠體中的天線復(fù)合體，在大面積上收集光能。在類似鏡子的結(jié)構(gòu)的幫助下，半導(dǎo)體將極化子集中到探測器上，探測器將它們轉(zhuǎn)化為電流。

“這種安排的優(yōu)勢在于它有可能大大提高傳統(tǒng)太陽能電池的發(fā)電效率，因為傳統(tǒng)太陽能電池的聚光區(qū)和電荷分離區(qū)共存于同一區(qū)域，”彼得·A·弗蘭肯杰出大學(xué)教授斯蒂芬·福雷斯特說。工程，誰領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

雖然團隊知道能量傳輸正在他們的系統(tǒng)中發(fā)生，但他們并不完全確定能量是否以極化子的形式持續(xù)移動。可能是光子在到達探測器的途中掠過一系列激子。他們將這一基本細節(jié)留給未來的工作，以及如何構(gòu)建有效的光收集設(shè)備來利用類似光合作用的能量轉(zhuǎn)移的問題。

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