Vejen åbner for at minimere spild i solenergiopsamling

Forskere ved ARC Center of Excellence i Exciton Science har gjort en vigtig opdagelse med betydelige konsekvenser for fremtiden for solcellematerialedesign.

Holdet, ledet af professor Timothy Schmidt ved UNSW, har kigget på måder at fange energien fra synligt lys, som i øjeblikket er spildt på grund af siliciums begrænsninger, som kun er i stand til at få adgang til cirka 25 % af solspektret. Til at illustrere, silicium i sig selv er kun i stand til at bruge omkring halvdelen af ​​energien fra grønt lys, som er toppen af ​​solspektret med hensyn til energitilgængelighed.

En af måderne at reducere dette spild på er gennem design af materialer, der kan belægges oven på silicium for at opfange noget af lysets energi, som silicium ikke kan. Ved at inkorporere singlet exciton fission, en proces, der genererer to excitoner fra en enkelt foton, det er håbet, at effektiviteten af ​​siliciumsolceller kan øges med mere end 30 %.

Arbejdet, udgivet i Naturkemi , undersøger rollen som en kortvarig (~8 milliardtedele af et sekund), exciteret molekylært kompleks kaldet en excimer i singlet exciton fission og vælter tidligere tænkning ved at demonstrere, at disse singlet fission materialer skal undgå excimer dannelse for at nå det fulde potentiale til at forbedre fotovoltaisk energiomdannelse.

Professor Schmidt forklarer, "Når vi søger at finde måder at nedbringe omkostningerne ved høst af solenergi, vi bør designe materialer, der undgår excimerdannelse."

"Singlet exciton fission har et enormt løfte om at forbedre effektiviteten af ​​solceller, men dens dynamik er kompleks og ikke godt forstået. Ved at sammenligne fissionsprocessen, når den køres både fremad og baglæns, Schmidt, et al. har udført en bemærkelsesværdig enkel test af teorier for mekanismen for excitonfission" kommenterer professor Marc A. Baldo, medlem af centrets International Scientific Advisory Committee og direktør for Center of Excitonics ved MIT.

"Deres resultat tyder på, at det, der tidligere var blevet betragtet som et mellemprodukt i fissionsprocessen, faktisk kan være en kilde til tab. Med denne forståelse har Schmidt, et al. foreslå en vigtig ny retning i vores søgen efter materialer, der muliggør højere effektivitet solceller."