太阳能电池重大突破！科学家在1纳秒内观察单态裂变反应 搞清损失能量去向

一种被称为单线态裂变的现象可以提高太阳能电池的效率，然而，迄今为止，在反应过程中无法解释的能量损失一直是一个主要问题。由瑞典林雪平大学（Linköping University）的科学家领导的一个研究小组发现了单线态裂变过程中发生了什么，以及损失的能量去了哪里。研究结果发表在《Cell Reports Physical Science》杂志上。 

太阳能是最重要的无化石能源和环保的可持续能源之一。目前使用的硅基太阳能电池最多可以利用太阳光中大约33%的能量并将其转化为电能。这是因为太阳光束中的一束束光，即光子，其能量要么太低，无法被太阳能电池吸收，要么太高，导致部分能量被消耗成废热。这个最大理论效率被称为肖克利奎伊瑟极限(Shockley–Queisser limit)。实际上，现代太阳能电池的效率是20-25%。

然而，分子光物理中一种被称为单线态裂变的现象可以让具有更高能量的光子被使用并转化为电能而不产生热量损失。近年来，单线态裂变引起了越来越多科学家的关注，开发最佳材料的活动日益激烈。然而，单线态裂变过程中无法解释的能量损失至今仍使设计这种材料变得困难。研究人员一直未能就这些能量损失的来源达成一致意见。

现在，林雪平大学的研究人员联合剑桥、牛津、多诺斯蒂亚和巴塞罗那的同事发现了单线态裂变过程中能量的去向。

 “单线态裂变发生的时间不到一纳秒（一秒的十亿分之一），这使得它的测量变得极其困难。我们的发现可以让我们打开黑盒，看看在反应过程中能量去了哪里。通过这种方式，我们最终将能够优化这种材料，以提高太阳能电池的效率。”林雪平大学物理、化学和生物系的高级讲师Yuttapoom Puttisong说。

部分能量以中间明态的形式消失，这是实现有效单线态裂变必须解决的问题。能量去向的发现是太阳能电池效率显著提高的重要一步——从目前的33%提高到40%以上。

研究人员使用了一种改进的磁光瞬态方法来识别能量损失的位置。该技术具有独特的优势，它可以在纳秒的时间尺度上检测单线态裂变反应的“指纹”。在此研究了多烯的单斜晶，二苯己三烯(DPH)。然而，这项新技术可以用于在更广泛的材料库中研究单线态裂变。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://techxplore.com/news/2021-03-solar-cell-breakthrough-singlet-fission.html

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386421000242?via%3Dihub