來自慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的NanosystemsInitiativeMunich(NIM)科學家發現了太陽能半導體中電荷載體的光學激發的新效應。它可以促進紅外光的利用，紅外光通常在太陽能裝置中丟失。

如今，半導體是將太陽光轉換為可用電能的最重要材料。國際能源署(IEA)報告稱，去年全球每天安裝了50萬塊太陽能電池板。然而，基于半導體的太陽能電池仍然遭受相對低的能量轉換效率。其原因主要在于半導體有效地將來自太陽光譜的很小一部分的光轉換成電能。可以有效轉換的該光窗的光譜位置與所涉及的半導體的特性(即，其帶隙)密切相關。這意味著，如果半導體設計為吸收黃光，更長波長的光(如紅光和紅外光)，將通過材料而不產生電流。此外，比黃光更有能量的短波長光(綠光，藍光和紫外光)會將額外的能量轉化為熱量。因此，從半導體獲得更高的能量轉換效率仍然是一個巨大的挑戰。

用于能量轉換的鈣鈦礦納米晶體

為了研究這些局限性，由JochenFeldmann教授領導的光子學主席博士生AuroraManzi測量了鈣鈦礦納米晶體中多光子吸收所產生的電荷載流子密度，這是一種新穎且有前途的光伏應用材料。

“能量低于半導體吸收窗口的長波長光的多光子吸收通常是非常低效的。”Manzi是NatureCommunications出版的第一作者，也是NIM研究生課程的學生。“因此，我完全驚訝地發現，對于特定的激發波長，這個過程的效率會大大提高。一開始這對我們沒有任何意義!”

光和激子在共振中“泛音”

經過激烈的討論，LMU科學家團隊意識到，當兩個不同基頻的倍數變得相等時，即初級光振蕩的頻率和帶隙頻率的頻率，或者更確切地說是激子的頻率，這些諧振就會發生。帶隙。

人們可以將聲學中的共振或泛音現象類比，通常用于樂器中。當強烈的紅光照射到納米結構的鈣鈦礦納米晶體上時，發生類似于吉他弦中的泛音的產生的過程。基波光波長產生更高階的光諧波，即泛音，其頻率是初級光振蕩的整數倍。當這種“光泛音”變得與激子帶隙的泛音共振時，能量交換增強，導致電荷載流子的產生增加，或更準確地說，帶隙處的多個激子的產生。

進一步研究的起點

“觀察到的共振類似于兩把不同的吉他弦中發生的物理現象，”Manzi繼續說道。“如果我們將第一個弦與光激發相關聯，第二個弦與半導體激子帶隙相關聯，我們從聲學中??知道，如果第一個弦的某個諧波與第二個弦的另一個諧波相匹配，它們將進入諧振狀態。“

“對激子半導體中光學激發的這種新型共振現象的觀察可以為太陽能電池更有效地將長波光轉換成可用電力鋪平道路，”研究團隊負責人費爾德曼教授補充道。“這是一個令人興奮的新發現，可能對未來的太陽能設備產生影響。與研究網絡的同事”SolarTechnologiesGoHybrid“(SolTech)一起，我們現在將嘗試通過玩這種泛音來開發創新應用。”