財聯(lián)社（上海，編輯黃君芝）訊，近期，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（OakRidgeNationalLaboratory）和田納西大學(xué)諾克斯維爾分校研究發(fā)現(xiàn)了一種頗具前景的太陽能材料，可以通過材料中同位素的置換大大新增載流子冷卻的時間，進(jìn)而提升轉(zhuǎn)化效率。

該材料揭示了一種減緩聲子的方法，聲子是一種傳輸熱量的波。這一發(fā)現(xiàn)可以改進(jìn)新型熱載流子太陽能電池，使其比傳統(tǒng)的太陽能電池更加有效地將陽光轉(zhuǎn)化為電能，在它們失去能量轉(zhuǎn)化為熱能之前，利用光生電荷載流子。

“我們的研究證明，可以通過改變光伏材料中氫原子的質(zhì)量來控制熱傳輸和載流子冷卻的時間?！毕饦鋷X國家實驗室的研究人員MichaelManley說：“這種延長電荷載流子壽命的途徑為在新型熱載流子太陽能電池中實現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的太陽能轉(zhuǎn)換效率供應(yīng)了新的策略?！?/p>

田納西大學(xué)的MahshidAhmadi則指出：“調(diào)整有機(jī)分子的動力學(xué)特性可以控制對有機(jī)金屬鈣鈦礦中導(dǎo)熱性很重要的聲子。這些半導(dǎo)體材料在光伏應(yīng)用中很有前景?！?/p>

Manley和Ahmadi設(shè)計并管理了上述研究，并已發(fā)表在了《科學(xué)進(jìn)展》（ScienceAdvances）上。研究人員們發(fā)現(xiàn)了一種通過將較輕的同位素替換為有機(jī)金屬鈣鈦礦中的較重同位素來抑制無用電荷冷卻的方法。同位素是化學(xué)上相同的原子，只是由于中子數(shù)的不同而在質(zhì)量上有所不同。

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具體而言，當(dāng)陽光照射到太陽能電池上時，光子會在吸收材料中出現(xiàn)電荷載流子（電子和空穴）。熱載流子太陽能電池可將載流子的能量迅速轉(zhuǎn)換為電能，然后再以廢熱的形式損失掉。因此，有關(guān)太陽能電池而言，防止熱量損失是一個巨大的挑戰(zhàn)。

有鑒于此，科學(xué)家們研究了鈣鈦礦吸收劑材料甲基銨碘化鉛，并領(lǐng)導(dǎo)合成了新的甲基銨碘化鉛晶體。其中，他們用氘（具有一個中子）代替了氫，結(jié)果表明，這將使甲基銨更重，并能有效降低其搖擺速度，因此它可以與去除熱量的振動相互用途，從而使載流子保持更長的時間。

研究人員表示，“氘化使傳熱速度大大降低，從而使載流子冷卻時間新增了一倍。這是改善光伏性能的重要因素?！苯刂鼓壳盀橹梗瑐鹘y(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已從2009年的3％提高到2020年的25％以上。而設(shè)計精良的熱載流子裝置理論上的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到66％。