今日最新Nature: 通过单重态激子裂变敏化硅

【引言】

硅材料可以说在目前决定着太阳能电池技术的发展。然而，当吸收光子时，硅经常会产生大于其带隙的能量耗散。通过单重态激子裂变来敏化硅太阳能电池，从而可以减少热损失并提高电池的工作能力。在这个过程中，单重态激子中具有更高能量的光激发态能够裂变形成两个三重态激子激发态。在分子半导体并苯化合物中，单重态激子裂变产生的三重态激子被认为与硅带隙非常相符。当这些三重态激子转移到硅中时，能够产生额外的电子-空穴对，使得电池效率从29%提高到35%。然而，太阳能电池中的硅钝化层能够阻碍激子转移的发生，使得电池效率无法进一步提高。

【成果简介】

近期，麻省理工学院的M. A. Baldo（通讯作者）等人报道了通过对硅太阳能电池表面的铪氮氧化物保护层的厚度进行调整来实现三重态激子高效的能量转移。该研究利用电场效应钝化，将铪氮氧化物保护层的厚度减少到8埃的水平，并发现这种条件下并苯化合物中的裂变产出显著提高，能量转移效率也达到了133%。研究人员在铪氮氧化物层观察到了强钝化效应，并认为该现象能够缓解电子-空穴对的淬灭，并允许硅和并苯中的三重激发态进行偶联。研究人员认为这项工作为发展了单重态激子裂变在提高硅太阳能电池效率应用中的潜力。2019年07月03日，相关成果以题为“Sensitization of silicon by singlet exciton fission in tetracene”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 下转化概念以及材料示意图

图2 光生电流实验

图3光致发光实验

图4硅光致发光研究

图5 激子转移产出

文献链接：Sensitization of silicon by singlet exciton fission in tetracene（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1339-4）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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