來自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的NanosystemsInitiativeMunich(NIM)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)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(jìn)紅外光的利用，紅外光通常在太陽(yáng)能裝置中丟失。

如今，半導(dǎo)體是將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為可用電能的最重要材料。國(guó)際能源署(IEA)報(bào)告稱，去年全球每天安裝了50萬(wàn)塊太陽(yáng)能電池板。然而，基于半導(dǎo)體的太陽(yáng)能電池仍然遭受相對(duì)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(yáng)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(jì)為吸收黃光，更長(zhǎng)波長(zhǎng)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(zhǎng)光(綠光，藍(lán)光和紫外光)會(huì)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(gè)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(cè)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(zhǎng)波長(zhǎng)光的多光子吸收通常是非常低效的?！盡anzi是NatureCommunications出版的第一作者，也是NIM研究生課程的學(xué)生?！耙虼?，我完全驚訝地發(fā)現(xiàn)，對(duì)于特定的激發(fā)波長(zhǎng)，這個(gè)過程的效率會(huì)大大提高。一開始這對(duì)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(tuán)隊(duì)意識(shí)到，當(dāng)兩個(gè)不同基頻的倍數(shù)變得相等時(shí)，即初級(jí)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(huì)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(qiáng)烈的紅光照射到納米結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦納米晶體上時(shí)，發(fā)生類似于吉他弦中的泛音的產(chǎn)生的過程?；ü獠ㄩL(zhǎng)產(chǎn)生更高階的光諧波，即泛音，其頻率是初級(jí)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(shí)，能量交換增強(qiáng)，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(gè)激子的產(chǎn)生。

進(jìn)一步研究的起點(diǎn)

“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?！叭绻覀儗⒌谝粋€(gè)弦與光激發(fā)相關(guān)聯(lián)，第二個(gè)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(gè)弦的某個(gè)諧波與第二個(gè)弦的另一個(gè)諧波相匹配，它們將進(jìn)入諧振狀態(tài)?！?br/>
“對(duì)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(yáng)能電池更有效地將長(zhǎng)波光轉(zhuǎn)換成可用電力鋪平道路，”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人費(fèi)爾德曼教授補(bǔ)充道。“這是一個(gè)令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，可能對(duì)未來的太陽(yáng)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?！?br/>