來自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的NanosystemsInitiativeMunich(NIM)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太陽能半導(dǎo)體中電荷載體的光學(xué)激發(fā)的新效應(yīng)。它可以促進紅外光的利用，紅外光通常在太陽能裝置中丟失。

如今，半導(dǎo)體是將太陽光轉(zhuǎn)換為可用電能的最重要材料。國際能源署(IEA)報告稱，去年全球每天安裝了50萬塊太陽能電池板。然而，基于半導(dǎo)體的太陽能電池仍然遭受相對低的能量轉(zhuǎn)換效率。其原因主要在于半導(dǎo)體有效地將來自太陽光譜的很小一部分的光轉(zhuǎn)換成電能。可以有效轉(zhuǎn)換的該光窗的光譜位置與所涉及的半導(dǎo)體的特性(即，其帶隙)密切相關(guān)。這意味著，如果半導(dǎo)體設(shè)計為吸收黃光，更長波長的光(如紅光和紅外光)，將通過材料而不產(chǎn)生電流。此外，比黃光更有能量的短波長光(綠光，藍光和紫外光)會將額外的能量轉(zhuǎn)化為熱量。因此，從半導(dǎo)體獲得更高的能量轉(zhuǎn)換效率仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

用于能量轉(zhuǎn)換的鈣鈦礦納米晶體

為了研究這些局限性，由JochenFeldmann教授領(lǐng)導(dǎo)的光子學(xué)主席博士生AuroraManzi測量了鈣鈦礦納米晶體中多光子吸收所產(chǎn)生的電荷載流子密度，這是一種新穎且有前途的光伏應(yīng)用材料。

“能量低于半導(dǎo)體吸收窗口的長波長光的多光子吸收通常是非常低效的。”Manzi是NatureCommunications出版的第一作者，也是NIM研究生課程的學(xué)生。“因此，我完全驚訝地發(fā)現(xiàn)，對于特定的激發(fā)波長，這個過程的效率會大大提高。一開始這對我們沒有任何意義!”

光和激子在共振中“泛音”

經(jīng)過激烈的討論，LMU科學(xué)家團隊意識到，當(dāng)兩個不同基頻的倍數(shù)變得相等時，即初級光振蕩的頻率和帶隙頻率的頻率，或者更確切地說是激子的頻率，這些諧振就會發(fā)生。帶隙。

人們可以將聲學(xué)中的共振或泛音現(xiàn)象類比，通常用于樂器中。當(dāng)強烈的紅光照射到納米結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦納米晶體上時，發(fā)生類似于吉他弦中的泛音的產(chǎn)生的過程。基波光波長產(chǎn)生更高階的光諧波，即泛音，其頻率是初級光振蕩的整數(shù)倍。當(dāng)這種“光泛音”變得與激子帶隙的泛音共振時，能量交換增強，導(dǎo)致電荷載流子的產(chǎn)生增加，或更準(zhǔn)確地說，帶隙處的多個激子的產(chǎn)生。

進一步研究的起點

“觀察到的共振類似于兩把不同的吉他弦中發(fā)生的物理現(xiàn)象，”Manzi繼續(xù)說道。“如果我們將第一個弦與光激發(fā)相關(guān)聯(lián)，第二個弦與半導(dǎo)體激子帶隙相關(guān)聯(lián)，我們從聲學(xué)中??知道，如果第一個弦的某個諧波與第二個弦的另一個諧波相匹配，它們將進入諧振狀態(tài)。“

“對激子半導(dǎo)體中光學(xué)激發(fā)的這種新型共振現(xiàn)象的觀察可以為太陽能電池更有效地將長波光轉(zhuǎn)換成可用電力鋪平道路，”研究團隊負責(zé)人費爾德曼教授補充道。“這是一個令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，可能對未來的太陽能設(shè)備產(chǎn)生影響。與研究網(wǎng)絡(luò)的同事”SolarTechnologiesGoHybrid“(SolTech)一起，我們現(xiàn)在將嘗試通過玩這種泛音來開發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用。”