今日最新Nature: 通過單重態激子裂變敏化硅

【引言】

硅材料可以說在目前決定著太陽能電池技術的發展。然而，當吸收光子時，硅經常會產生大于其帶隙的能量耗散。通過單重態激子裂變來敏化硅太陽能電池，從而可以減少熱損失并提高電池的工作能力。在這個過程中，單重態激子中具有更高能量的光激發態能夠裂變形成兩個三重態激子激發態。在分子半導體并苯化合物中，單重態激子裂變產生的三重態激子被認為與硅帶隙非常相符。當這些三重態激子轉移到硅中時，能夠產生額外的電子-空穴對，使得電池效率從29%提高到35%。然而，太陽能電池中的硅鈍化層能夠阻礙激子轉移的發生，使得電池效率無法進一步提高。

【成果簡介】

近期，麻省理工學院的M. A. Baldo（通訊作者）等人報道了通過對硅太陽能電池表面的鉿氮氧化物保護層的厚度進行調整來實現三重態激子高效的能量轉移。該研究利用電場效應鈍化，將鉿氮氧化物保護層的厚度減少到8埃的水平，并發現這種條件下并苯化合物中的裂變產出顯著提高，能量轉移效率也達到了133%。研究人員在鉿氮氧化物層觀察到了強鈍化效應，并認為該現象能夠緩解電子-空穴對的淬滅，并允許硅和并苯中的三重激發態進行偶聯。研究人員認為這項工作為發展了單重態激子裂變在提高硅太陽能電池效率應用中的潛力。2019年07月03日，相關成果以題為“Sensitization of silicon by singlet exciton fission in tetracene”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 下轉化概念以及材料示意圖

圖2 光生電流實驗

圖3光致發光實驗

圖4硅光致發光研究

圖5 激子轉移產出

文獻鏈接：Sensitization of silicon by singlet exciton fission in tetracene（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1339-4）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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