來自澳大利亞和美國的一組研究人員發現了一種新的方法，可以將近紅外光從硅帶隙之外轉換為可見光，這項成就有可能提高太陽能電池的效率。這種新穎的技術可以使具有子帶隙能量的光被太陽能電池收集，而不是浪費。

該團隊通過用能量低于硅的帶隙的能量上轉換光來達到一個里程碑，這是迄今為止一直困擾著該領域的挑戰。

改善太陽能收集

蒂莫西·施密特（Timothy Schmidt）和他的同事自2007年以來就一直在研究光化學上的轉換，這是由于提高太陽能電池能量收集的誘人可能性所致。除了光伏以外，該技術還可以用于光催化，光電化學和生物成像。

“由于硅是主導的太陽能技術，因此我們有動力從硅帶隙之外進行上轉換，” ARC Exciton科學卓越中心和澳大利亞新南威爾士州悉尼分校的施密特說。

通常，光化學上轉換將兩種類型的分子（敏化劑和發射體）結合在一起，將兩個光子的能量轉換為一個更高能量的光子。敏化劑吸收能量較低的光子，產生分子三重態。然后，它將激發能轉移到發射極的最低三重態，這些分子相互作用以促進稱為三重態。

結果是一個發射極分子處于激發的單重態，而另一個則被淬滅到其基態。被激發的發射器立即以比最初吸收的光子更高的能量發出熒光。

光的成功上轉換

在當前的研究中，硫化鉛納米晶體用作敏化劑分子。將它們放置在還包含氧氣和紫羅蘭酮的溶液中，紫羅蘭酮是一種已知的在單線態氧分子存在下能夠發光的有機化合物。選擇紫羅蘭酮是因為其三重態能量水平約為0.98 eV，低于1.1 eV的晶體硅帶隙。

研究人員用通過200微米厚的硅晶片過濾的1140 nm脈沖光照射溶液，成功地導致700 nm處的上轉換發射。雖然受限于從納米晶體中收集能量，效率仍然很低，但是，Schmidt和他的同事認為，可以通過以優化的固態設備結構而非化學解決方案開發該技術來克服這一障礙。

他說：“如果我們能夠在固態膜中提高效率，那么我們可以將其作為涂層應用于硅太陽能電池的背面，以收集原本浪費的光。”