Огромная выгода в этом направлении была теперь сделана командой химиков в Калифорнийском университете, Риверсайд, который нашел изобретательный способ сделать преобразование солнечной энергии более эффективным. Исследователи сообщают в Нано Письмах, что, объединяя неорганические полупроводниковые нанокристаллы с органическими молекулами, они преуспели в «upconverting» фотонах в видимых и почти инфракрасных областях солнечного спектра.
«Инфракрасная область солнечного спектра проходит прямо через фотогальванические материалы, которые составляют сегодняшние солнечные батареи», объяснил Кристофер Бардин, преподаватель химии. Исследование было совместным усилием между ним и Мин Ли Таном, доцентом химии. «Это – потерянная энергия, неважно как хороший Ваша солнечная батарея. Гибридный материал мы придумали первые захваты два инфракрасных фотона, которые обычно проходили бы прямо через солнечную батарею, не будучи преобразованным в электричество, затем добавляет их энергии вместе, чтобы сделать один более высокий энергетический фотон.
Этот upconverted фотон с готовностью поглощен фотогальваническими клетками, производящими электричество от света, который обычно тратился бы впустую».Бардин добавил, что эти материалы по существу «изменяют солнечный спектр» так, чтобы это лучшие матчи фотогальванические материалы, используемые сегодня в солнечных батареях.
Способность использовать инфракрасную часть солнечного спектра могла повысить солнечные фотогальванические полезные действия на 30 процентов или больше.В их экспериментах Бардин и Тан работали с селенидом кадмия и ведущими полупроводниковыми нанокристаллами селенида. Органические соединения они раньше готовили гибриды, были diphenylanthracene и rubrene. Нанокристаллы селенида кадмия могли преобразовать видимые длины волны в ультрафиолетовые фотоны, в то время как ведущие нанокристаллы селенида могли преобразовать почти инфракрасные фотоны в видимые фотоны.
В экспериментах лаборатории исследователи направили инфракрасный свет на 980 миллимикронов на гибридный материал, который тогда произвел upconverted оранжевый/желтый флуоресцентный свет на 550 миллимикронов, почти удвоив энергию поступающих фотонов. Исследователи смогли повысить процесс upconversion максимум на три порядка величины покрытием нанокристаллы селенида кадмия с органическими лигандами, предоставив маршрут более высоким полезным действиям.
«Это 550 – свет миллимикрона может быть поглощен любым материалом солнечной батареи», сказал Бардин. «Ключ к этому исследованию – гибридный композиционный материал – объединение неорганических полупроводниковых наночастиц с органическими соединениями. Органические соединения не могут поглотить в инфракрасном, но способны объединять два более низких энергетических фотона к более высокому энергетическому фотону.
При помощи гибридного материала неорганический компонент поглощает два фотона и передает их энергию на органический компонент для комбинации. Органические соединения тогда производят один высокоэнергетический фотон. Помещенный просто, inorganics в композиционном материале принимают свет; органика добирается, покидают в спешке».
Помимо солнечной энергии, у способности к upconvert два низких энергетических фотона в один высокий энергетический фотон есть возможное применение в биологическом отображении, хранении данных и органических светодиодах. Бардин подчеркнул, что исследование могло иметь всесторонние последствия.
«Способность переместить энергию света от одной длины волны до другого, более полезного региона, например, от красного до синего, может повлиять на любую технологию, которая включает фотоны как исходные данные или продукцию», сказал он.Исследование было поддержано грантами от Национального научного фонда и американской армии.
Исследование проводилось также следующими соавторами на научно-исследовательской работе: Чжиюань Хуан (первый автор), Синь Ли, Melika Mahboub, Керри М. Хэнсон, Валери М. Николс и Оанг Ле.Группа сильного запаха помогла проектировать эксперименты и обеспечила нанокристаллы.