Onderzoekers van het ARC Center of Excellence in Exciton Science hebben een belangrijke ontdekking gedaan met belangrijke implicaties voor de toekomst van het ontwerp van zonnecelmateriaal.

Het team, onder leiding van professor Timothy Schmidt van UNSW, heeft gekeken naar manieren om de energie van zichtbaar licht op te vangen die momenteel wordt verspild vanwege de beperkingen van silicium, die slechts toegang heeft tot ongeveer 25% van het zonnespectrum. Illustreren, silicium op zichzelf kan slechts ongeveer de helft van de energie van groen licht gebruiken, dat is de piek van het zonnespectrum in termen van beschikbaarheid van energie.

Een van de manieren om dit afval te verminderen, is door materialen te ontwerpen die bovenop silicium kunnen worden gecoat om een ​​deel van de lichtenergie op te vangen die silicium niet kan. Door singlet-exciton-splijting op te nemen, een proces dat twee excitonen genereert uit een enkel foton, het is te hopen dat de efficiëntie van siliciumzonnecellen kan worden opgevoerd tot meer dan 30%.

Het werk, gepubliceerd in Natuurchemie , onderzoekt de rol van een kortstondige (~ 8 miljardste van een seconde), geëxciteerd moleculair complex dat een excimeer wordt genoemd in singlet-exciton-splijting en het eerdere denken omverwerpt door aan te tonen dat deze singlet-splijtingsmaterialen excimeervorming moeten vermijden om het volledige potentieel te bereiken bij het verbeteren van fotovoltaïsche energieconversie.

Professor Schmidt legt uit, "Terwijl we manieren zoeken om de kosten van het oogsten van zonne-energie te verlagen, we zouden materialen moeten ontwerpen die de vorming van excimeer vermijden."

"Singlet-excitonsplijting heeft een enorme belofte voor het verbeteren van de efficiëntie van zonnecellen, maar de dynamiek ervan is complex en wordt niet goed begrepen. Door het splijtingsproces te vergelijken wanneer het zowel voorwaarts als achterwaarts wordt uitgevoerd, Schmidt, et al. hebben een opmerkelijk eenvoudige test van theorieën voor het mechanisme van excitonsplijting uitgevoerd", zegt professor Marc A. Baldo, lid van het International Scientific Advisory Committee van het Centre en directeur van het Centre of Excitonics aan het MIT.

"Hun resultaat suggereert dat wat eerder als een tussenproduct in het splijtingsproces werd beschouwd, in feite een bron van verlies kan zijn. Met dit begrip, Schmidt, et al. stellen een belangrijke nieuwe richting voor in onze zoektocht naar materialen die zonnecellen met een hoger rendement mogelijk maken."