科學(xué)家利用光子核聚變來(lái)提升太陽(yáng)能電池性能

【資料簡(jiǎn)介】

科學(xué)家利用光子核聚變來(lái)提升太陽(yáng)能電池性能 
        德國(guó)美因茲市馬普高分子研究所和斯圖加特索尼材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究小組發(fā)明了一種新方法，將低能長(zhǎng)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(xué)家們使用正常光（比如太陽(yáng)光）,將光子能量與特定波長(zhǎng)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(huì)為新一代更太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。
    目前所使用的太陽(yáng)能電池性能非常有限，實(shí)際原因就是無(wú)法利用長(zhǎng)波低能太陽(yáng)光。一種解決辦法就是增加長(zhǎng)波范圍內(nèi)光粒子（光子）的低能量，縮短他們的波長(zhǎng)，使太陽(yáng)能電池利用那些波長(zhǎng)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(qiáng)了這些波長(zhǎng)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(gè)低能光子合成一個(gè)高能光子（一種光子核聚變）才能獲得類似結(jié)果。
    德國(guó)美因茲市馬普高分子研究所和斯圖加特索尼材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)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(jìn)行配對(duì)，從而改變了光的波長(zhǎng)。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(zhǎng)波綠光轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄋ{(lán)光。利用激光也可以獲得類似的結(jié)果，同樣也要對(duì)光子進(jìn)行配對(duì)，但是方法卻不一樣。
    當(dāng)使用激光來(lái)使分子吸收2個(gè)光子時(shí)，分子通常只會(huì)吸收一個(gè)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(gè)光子。經(jīng)一個(gè)不同的機(jī)理，即三重態(tài)與三重態(tài)的自我毀滅后2個(gè)伙伴光子在分子間配對(duì)在一起。通過(guò)選擇不同的對(duì)應(yīng)“匹配”分子，合并來(lái)自整個(gè)太陽(yáng)光譜中的光子能量便成為可能。
    研究人員開(kāi)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(gè)低能綠光光子合成一個(gè)高能藍(lán)光光子的其它光子對(duì)作為發(fā)射器（發(fā)射器分子）。整個(gè)詳細(xì)情況如下：首先天線分子吸收一個(gè)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(gè)分子處于“激活”狀態(tài)后，2個(gè)分子貯存另一個(gè)分子的能量。這時(shí)候攜帶能量的發(fā)射器分子會(huì)相互起反應(yīng)，一個(gè)分子將它的能量包傳遞給另一個(gè)。一分子回復(fù)到它的低能狀態(tài)。相反，另一個(gè)分子貯存了2個(gè)能量包，獲得一個(gè)非常高的能量狀態(tài)。當(dāng)大能量包在藍(lán)光光子形態(tài)下打開(kāi)的時(shí)候，這種狀態(tài)將再次迅速崩潰。盡管這個(gè)光粒子比開(kāi)始綠光發(fā)射的光粒子的能量高和波長(zhǎng)短，zui終結(jié)果也沒(méi)有產(chǎn)生任何能量，但是來(lái)自2個(gè)光子的能量卻結(jié)合成了一個(gè)。
    就化學(xué)層面上來(lái)講這個(gè)過(guò)程相當(dāng)有趣，分子必須小心謹(jǐn)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(guò)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(zhǎng)波光，并貯存足夠長(zhǎng)的時(shí)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(jī)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(gè)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(yáng)光部分應(yīng)用到太陽(yáng)能電池中，科學(xué)家們希望該方法能成為制造更高性能太陽(yáng)能電池的理想起始點(diǎn)。為了將這一方法進(jìn)行優(yōu)化，使它更接近實(shí)際應(yīng)用，科學(xué)家們正測(cè)試其它顏色光譜的新配對(duì)材料，并正著手將這些材料合成一種聚合體矩陣。