聚合物晶體:打破能量傳輸紀錄的關鍵

聚合物晶體:打破能量傳輸紀錄的關鍵

圖注:聚合物納米結構的發光情況和單一納米結構的原理圖。

《科學》發文稱,布里斯托爾大學和劍橋大學的研究人員找到了一種製造聚合物半導體的方法。這種材料可以吸收光,並能將能量傳輸得更遠。這將為製造更為靈活、高效的太陽能電池和光電探測器鋪平道路。論文作者認為,他們的發現將成為該領域的“改變者”。

輕質半導體塑料已經廣泛應用於大眾電子產品(如手機、平板電腦、平板電視等)。然而,利用半導體塑料將太陽能轉化為電能,或者製造太陽能電池,情況會複雜得多。光激發態(光子被材料吸收時)需發生改變,從而使其可以在失去能量前被“收穫”。光激發通常只能在聚合物半導體材料中傳輸大約10納米,因此需要根據這一尺度構造結構,以使“收穫”達到最大化。

布里斯托爾大學的Xu-Hui Jin博士及其同事們開發了一種新方法,可以利用聚合物製造高度有序的晶體半導體結構。劍橋大學的Michael Price博士測量發現,光激發態在聚合物晶體半導體中的傳輸距離達到了200納米,幾乎是之前的20倍。傳輸距離提高到200納米十分重要,它超過了材料完全吸收光所需的厚度。因此,這種材料非常適合用於太陽能電池和光電探測器。

布里斯托爾大學化學學院的George Whittell博士解釋說:“效率的提升源於兩個方面:首先,高能粒子因傳輸距離更遠而更容易被‘收穫’;其次,我們可以將吸收層厚度調整為100納米,使其達到光學吸收深度。”劍橋大學合作研究員、Richard Friend教授補充說:“能量在聚合物半導體材料中的傳輸距離如此遠,不僅是一個巨大的驚喜,還表現出意料之外的量子相干傳輸過程。”研究人員計劃製造更厚、光學吸收深度值更大的結構,從而製造基於此技術的太陽能電池原型。此外,他們還計劃製備可用於光化學反應(如分解水)的材料。


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