飛秒激光有助于研制高效太陽(yáng)能電池板

加拿大、倫敦和塞浦路斯的科學(xué)家使用激光器，將一些光線引入來(lái)幫助制造更高效的太陽(yáng)能電池板。

本周早些時(shí)候，來(lái)自蒙特利爾科學(xué)與技術(shù)設(shè)施委員會(huì)、英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院和塞浦路斯大學(xué)大學(xué)的科學(xué)家發(fā)表的一份新報(bào)告中解釋他們的發(fā)現(xiàn)：“我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)機(jī)制理解所有的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)方面的分子細(xì)節(jié)的發(fā)電機(jī)制非常重要?！钡谝蛔髡?，蒙特利爾大學(xué)Francoise Provencher稱(chēng)：“我們幾十年來(lái)致力理解有機(jī)光伏分子的工作原理圖這一‘圣杯’，終于取得重大進(jìn)展?！薄　　拔覀冇蔑w秒激發(fā)拉曼光譜”來(lái)自科學(xué)和技術(shù)中央激光設(shè)施理事會(huì)的Tony Park說(shuō)，“飛秒激發(fā)拉曼光譜技術(shù)是一種先進(jìn)的超快激光技術(shù)，它提供了在極快的化學(xué)反應(yīng)里，化學(xué)鍵是如何變化的細(xì)節(jié)。分子與激光脈沖相互作用時(shí)，激光提供了分子的振動(dòng)信息?！?/p>

由此獲得的信息顯示了太陽(yáng)能電池中的分子演化過(guò)程。他們發(fā)現(xiàn)了兩項(xiàng)重點(diǎn)：快速分子重排和極少量分子松弛和重組。重排或響應(yīng)速度非?？?--僅300飛秒(femtosecond)。研究人員表示，一飛秒相對(duì)于一秒的概念，就象是一秒相對(duì)于370萬(wàn)年。

“在這些設(shè)備中，光吸收加速了電子和帶正電荷物質(zhì)的形成。最終要提供電力，這兩個(gè)相互吸引的粒子就必須分開(kāi)，電子必須離開(kāi)。如果電子不能足夠快地移開(kāi)，則正電荷和負(fù)電荷就會(huì)簡(jiǎn)單地再結(jié)合，結(jié)果是什么變化也沒(méi)有。太陽(yáng)能設(shè)備的整體效率就在于正負(fù)電荷重新組合和分離的比例?！彼谷致匪勾髮W(xué)的Sophia Hayes解釋說(shuō)。

“我們的研究結(jié)果為未來(lái)理解生產(chǎn)高效太陽(yáng)能電池的系統(tǒng)的差別，或者理解那些系統(tǒng)應(yīng)該有高發(fā)電效率卻并沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)的原因，提供了可能的路徑。更多更深入的了解什么可行，什么不可行，對(duì)將來(lái)設(shè)計(jì)更好的太陽(yáng)能電池將明顯有益，“蒙特利爾大學(xué)卡洛斯·席爾瓦，也是這項(xiàng)研究的資深作者進(jìn)一步表示。

慕尼黑Ludwig Maximilian大學(xué)Bert Nicket領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次成功地用激光激發(fā)材料對(duì)有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的活性層進(jìn)行了功能表征，

“我們已開(kāi)發(fā)出一種方法用激光對(duì)材料進(jìn)行光柵掃描，聚焦的光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)衰減器調(diào)制成不同的方式。這樣我們就能夠直接映射分布在有機(jī)薄膜上的缺陷空間分布，這是以前從未實(shí)現(xiàn)過(guò)的，“Christian Westermeier解釋說(shuō)。

太陽(yáng)能電池通過(guò)光子激發(fā)分子產(chǎn)生自由電子和正電空穴，來(lái)將光能轉(zhuǎn)換成電能。電荷載流子被電極捕獲的時(shí)間和電池的活性層詳細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。原子規(guī)則排列中的缺陷會(huì)捕獲載流子，也減少可用電流。新的映射方法使研究人員能夠檢測(cè)到與激光激發(fā)缺陷局部相關(guān)的電流變化。

該研究顯示，在并五苯有機(jī)半導(dǎo)體中，這些缺陷往往集中在一定位置上。選擇并五苯來(lái)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗悄壳翱捎糜谟袡C(jī)半導(dǎo)體生產(chǎn)的導(dǎo)電最好的材料，理解這些表層熱電的特別之處非常有意義。