从太阳能电池产生更多的电力，并进一步研究所谓的单线态分裂。这就是Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg(FAU)的科学家目前正在与美国埃文斯顿西北大学Argonne-Northwestern太阳能研究(ANSER)中心合作开展的一个联合研究项目的一部分。单线分裂可以显着提高太阳能电池的效率 - 并且得益于最新的研究，它更接近于成为可能。这些发现已发表在科学杂志Chem。
全球能源消耗激增，未来几年上行趋势将持续。为了在保护环境的同时满足需求，来自可再生能源太阳能，风能，水和生物质的电力正变得越来越重要。然而，2017年德国生产的总电力中，只有约6%来自光伏系统，而我们目前拥有的基于硅片的技术正在迅速达到其潜力极限。
从太阳能电池产生更多的电力
太阳能电池在将太阳能转化为电力方面效率极低。目前他们的效率只有20%到25%。需要新的方法来显着提高太阳能电池的性能并产生更多的电力。答案可能在物理化学过程中发现，这大大提高了太阳能电池的效率。FAU和ANSER中心的科学家们一直在探索一种有前景的方法，作为他们在新兴领域计划(EFI)“新型有机材料中的单线裂变 - 高效太阳能电池方法”中的联合研究项目的一部分。研究人员调查了所谓的单线态分裂(SF)机制，其中一个光子激发两个电子。
更好地理解单线态分裂
单线分裂的原理大约在五十年前就已被发现，但其显着提高有机太阳能电池效率的潜力仅在十年前在美国被科学家所认可。从那时起，全球的研究人员一直在努力获得对其背后的基本过程和复杂机制的更详细的了解。来自ANSER中心的Michael Wasielewski教授，来自FAU的研究员 - 来自物理化学I主席的Dirk Guldi教授，来自有机化学I主席Rik Tykwinski教授(自移居到阿尔伯塔大学后，加拿大)，理论固体物理学院主席Michael Thoss教授(自搬到弗赖堡Albert-Ludwigs大学以来)和Prof. Dr.
详细的过程见解
当来自太阳光的光子遇到并被分子吸收时，分子中一个电子的能级升高。通过吸收光子，有机分子因此转化为更高能量的状态。然后可以从太阳能电池内部产生的电能暂时储存在分子内。传统太阳能电池的最佳场景是每个光子产生一个电子作为电的载体。然而，如果使用选定化合物的二聚体，则来自相邻分子的两个电子可转化为更高能量的状态。总的来说，一个光子产生两个激发的电子，这又可以用来产生电流 - 两个是由一个产生的。这个过程被称为SF，在理想情况下可以大大提高太阳能电池的性能。FAU和ANSER中心的化学家和物理学家已经更详细地调查了底层机制，从而对SF过程有了更为广泛的了解。
三个重要发现
作为他们研究的第一步，科学家们从两个并五苯单元产生了一种分子二聚体。这种碳氢化合物被认为是在太阳能电池中使用单线态分裂的有希望的候选者。然后他们将液体暴露于光下，并使用各种光谱方法来研究分子内的光物理过程。
这为研究人员对分子内单线态分裂背后的机制提供了三个深远的见解。首先，他们成功证明耦合到更高的电荷转移状态对于高效SF是必不可少的。其次，他们验证了他们最近创建和发布的单线态裂变模型(doi：10.1038 / ncomms15171)。第三次(也是最后一次)，他们证明了SF效率明显与两个并五苯子单元的耦合强度有关。
研究人员的研究结果表明仔细规划SF材料设计的重要性。这是使用基于SF的光伏系统发电的重要里程碑。然而，仍然需要进一步的基础研究。
