Forskare vid ARC Center of Excellence in Exciton Science har gjort en viktig upptäckt med betydande konsekvenser för framtiden för solcellsmaterialdesign.

Laget, ledd av professor Timothy Schmidt vid UNSW, har tittat på sätt att fånga energin från synligt ljus som för närvarande går till spillo på grund av kiselets begränsningar, som bara kan komma åt cirka 25 % av solspektrumet. För att illustrera, kisel i sig kan bara använda ungefär hälften av energin av grönt ljus, vilket är toppen av solspektrumet i termer av energitillgång.

Ett av sätten att minska detta avfall är genom design av material som kan beläggas ovanpå kisel för att fånga upp en del av ljusets energi som kisel inte kan. Genom att införliva singlet exciton fission, en process som genererar två excitoner från en enda foton, man hoppas att kiselsolcellseffektiviteten kan ökas med mer än 30 %.

Arbetet, publiceras i Naturkemi , undersöker rollen av en kortlivad (~8 miljarddels sekund), exciterat molekylärt komplex som kallas en excimer i singlet exciton fission och kullkastar tidigare tänkande genom att visa att dessa singlet fissionsmaterial måste undvika excimerbildning för att nå full potential för att förbättra fotovoltaisk energiomvandling.

Professor Schmidt förklarar, "När vi letar efter sätt att få ner kostnaderna för solenergiskörd, vi borde designa material som undviker excimerbildning."

"Singlet exciton fission har enorma löften för att förbättra effektiviteten hos solceller, men dess dynamik är komplex och inte väl förstådd. Genom att jämföra fissionsprocessen när den körs både framåt och bakåt, Schmidt, et al. har utfört ett anmärkningsvärt enkelt test av teorier för mekanismen för excitonfission", kommenterar professor Marc A. Baldo, medlem av centrets internationella vetenskapliga rådgivande kommitté och chef för Centre of Excitonics vid MIT.

"Deras resultat tyder på att det som tidigare ansetts vara en mellanprodukt i klyvningsprocessen faktiskt kan vara en källa till förlust. Med denna förståelse har Schmidt, et al. föreslå en viktig ny riktning i vårt sökande efter material som möjliggör högre effektivitet solceller."