磁场有助于理解光粒子分裂以提高太阳能电池效率
科学家们通过整合一种工艺，将光粒子（光子）分解成小块，使技术更加高效，从而更接近为下一代太阳能电池提供强大的推动力。在《自然化学》杂志上发表的一项研究中，研究人员揭示了光粒子分裂时发生的情况（这一过程称为单线态裂变）的科学原理及其基本工作原理。
首席研究员、新南威尔士大学悉尼分校化学学院的蒂姆·施密特教授研究单线态裂变已有十多年。他表示，该过程可以用于改进现有的硅太阳能电池技术。
“如今的太阳能电池通过吸收光子来工作，然后光子被吸入电极来工作，”施密特教授说。
“但作为这一过程的一部分，大量的光会以热量的形式流失。这就是太阳能电池板无法全效率运行的原因。”
目前市场上几乎所有的光伏太阳能电池板都是由硅制成的。新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院的 Ned Ekins-Daukes 教授是该研究的共同作者，他表示，尽管这项技术现在很便宜，但就性能而言，它也已接近其基本极限。
“太阳能电池板的效率代表了太阳提供的能量中可以转化为电能的部分，”埃金斯-道克斯教授说。
“今年早些时候，我们的工业合作伙伴隆基创下了最高效率。他们展示了一款效率高达 27.3% 的硅太阳能电池，”他说。
“绝对极限是29.4%。”
施密特教授表示，科学家们仍在努力了解单重态裂变的分子过程是如何进行的。具体来说，一个核如何变成两个核？他说这个过程非常复杂，而且很复杂。
“我们的研究探讨了这一过程的路线。我们使用磁场进行探究。
“磁场操纵发射光的波长来揭示单线裂变发生的方式。
“这是以前没有做过的事。”
更聪明地工作，而不是更努力地工作
不同颜色的光具有不同能量的光子。施密特教授说，光的入射能量并不重要——它总是为细胞提供相同的能量，任何多余的能量都会转化为热量。
“所以，如果你吸收一个红色光子，就会产生一点热量，”施密特教授说。
“蓝色光子会产生大量热量。
“太阳能电池的效率是有限的。”
他说，需要进行范式转变才能让硅电池发挥出更大的潜力。
“将单线态裂变引入硅太阳能电池板将提高其效率，”Ekins-Daukes 教授说。
“这使得分子层能够为面板提供额外的电流。”
该过程将光子分解成两个较小的能量块。然后可以单独使用它们。这确保了光谱中能量较高的部分被充分利用，而不会以热量的形式流失。
投资未来
去年，澳大利亚可再生能源署 (ARENA) 选择了新南威尔士大学的单线态裂变项目作为其超低成本太阳能计划的一部分。该计划旨在开发出到 2030 年能够以低于每瓦 30 美分的成本实现 30% 以上效率的技术。
研究团队使用单波长激光激发单线态裂变材料，然后使用电磁铁施加磁场，从而降低单线态裂变过程的速度，使其更容易观察。
“基于对单线态裂变的坚实科学理解，我们现在可以制造出改进的硅太阳能电池原型，然后与我们的工业伙伴合作将该技术商业化，”Ekins-Daukes 教授说。
“我们有信心使硅太阳能电池的效率达到 30% 以上，”施密特教授说。
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