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據美國物理學家組織網12月15日報道，美國得克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員表示，根據有關太陽能能量轉換機制的全新研究，利用一種有機塑料半導體材料，可使傳統太陽能電池的效率顯著增加，從31%提升至44%。相關研究報告發表在12月16日出版的《科學》雜志上。
領導這一研究的該?；瘜W系教授朱曉陽（音譯）及其團隊發現，利用一種有機塑料半導體材料，可使從太陽光子收獲的電子數量增加一倍。朱教授表示，塑料半導體太陽能電池的生產具有很大優勢，其中之一就是成本較低。新材料開啟了太陽能能量轉換的新途徑，從而讓能量轉換效率達到更高。
目前使用的硅太陽能電池的最大理論效率大約為31%，這是因為投射在電池上的太陽能大多過高而難以轉化為可用的電力。這種以“熱電子”形式呈現的能量，會以熱能的形式損失掉。而捕獲熱電子能潛在提高太陽能到電力的轉化效率，甚至可使這一比率達到66%。
研究團隊之前表明，可以借助半導體納米晶體捕獲熱電子,但這種技術的實際應用卻十分具有挑戰性。朱教授表示：“66%的轉換效率僅在陽光高度集中時才能達到，而不是投射在太陽能電池上的普通陽光。這將在考慮新材料或設備的設計時產生問題。”
為了避免這個問題，科研人員找到了一種替代方法。他們發現在并五苯半導體內吸收光子能夠創建一個激發的電子空穴對，即激發性電子（激子）。并五苯等小分子在純態時可以導電，而且它們可以直接做成晶體或薄膜供各種裝置使用。激子與量子力學相耦合，能夠引發黑暗的多激子態。這種暗量子“陰影態”是捕獲兩個電子最有效的來源，利用這種機制，可將太陽能電池的效率提高至44%，而無需使用高度集中的太陽光束，這能夠為未來太陽能技術更廣泛地使用奠定基礎。（來源：科技日報 張巍巍）
Observing the Multiexciton State in Singlet Fission and Ensuing Ultrafast Multielectron Transfer
Multiple exciton generation (MEG) refers to the creation of two or more electron-hole pairs from the absorption of one photon.Although MEG holds great promise, it has proven challenging to implement, and questions remain about the underlying photo-physicaldynamics in nanocrystalline as well as molecular media. Using the model system of pentacene/fullerene bilayers and femtosecondnonlinear spectroscopies, we directly observed the multiexciton (ME) state ensuing from singlet fission (a molecular manifestationof MEG) in pentacene. The data suggest that the state exists in coherent superposition with the singlet populated by opticalexcitation. We also found that multiple electron transfer from the ME state to the fullerene occurs on a subpicosecond timescale, which is one order of magnitude faster than that from the triplet exciton state.
作 者：Chan, Wai-Lun; Ligges, Manuel; Jailaubekov, Askat; Kaake, Loren; Miaja-Avila, Luis; Zhu, X.-Y.
原文鏈接：http://www.sciencemag.org/content/334/6062/1541.abstract?sid=7da7277d-5052-4928-b4fd-a1aacb656cb7
領導這一研究的該?；瘜W系教授朱曉陽（音譯）及其團隊發現，利用一種有機塑料半導體材料，可使從太陽光子收獲的電子數量增加一倍。朱教授表示，塑料半導體太陽能電池的生產具有很大優勢，其中之一就是成本較低。新材料開啟了太陽能能量轉換的新途徑，從而讓能量轉換效率達到更高。
目前使用的硅太陽能電池的最大理論效率大約為31%，這是因為投射在電池上的太陽能大多過高而難以轉化為可用的電力。這種以“熱電子”形式呈現的能量，會以熱能的形式損失掉。而捕獲熱電子能潛在提高太陽能到電力的轉化效率，甚至可使這一比率達到66%。
研究團隊之前表明，可以借助半導體納米晶體捕獲熱電子,但這種技術的實際應用卻十分具有挑戰性。朱教授表示：“66%的轉換效率僅在陽光高度集中時才能達到，而不是投射在太陽能電池上的普通陽光。這將在考慮新材料或設備的設計時產生問題。”
為了避免這個問題，科研人員找到了一種替代方法。他們發現在并五苯半導體內吸收光子能夠創建一個激發的電子空穴對，即激發性電子（激子）。并五苯等小分子在純態時可以導電，而且它們可以直接做成晶體或薄膜供各種裝置使用。激子與量子力學相耦合，能夠引發黑暗的多激子態。這種暗量子“陰影態”是捕獲兩個電子最有效的來源，利用這種機制，可將太陽能電池的效率提高至44%，而無需使用高度集中的太陽光束，這能夠為未來太陽能技術更廣泛地使用奠定基礎。（來源：科技日報 張巍巍）
Observing the Multiexciton State in Singlet Fission and Ensuing Ultrafast Multielectron Transfer
Multiple exciton generation (MEG) refers to the creation of two or more electron-hole pairs from the absorption of one photon.Although MEG holds great promise, it has proven challenging to implement, and questions remain about the underlying photo-physicaldynamics in nanocrystalline as well as molecular media. Using the model system of pentacene/fullerene bilayers and femtosecondnonlinear spectroscopies, we directly observed the multiexciton (ME) state ensuing from singlet fission (a molecular manifestationof MEG) in pentacene. The data suggest that the state exists in coherent superposition with the singlet populated by opticalexcitation. We also found that multiple electron transfer from the ME state to the fullerene occurs on a subpicosecond timescale, which is one order of magnitude faster than that from the triplet exciton state.
作 者：Chan, Wai-Lun; Ligges, Manuel; Jailaubekov, Askat; Kaake, Loren; Miaja-Avila, Luis; Zhu, X.-Y.
原文鏈接：http://www.sciencemag.org/content/334/6062/1541.abstract?sid=7da7277d-5052-4928-b4fd-a1aacb656cb7
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