Att introducera ljusomvandlingsmaterial i kiselbaserade fotovoltaiska enheter är ett effektivt sätt att förbättra deras fotoelektriska omvandlingseffektivitet. Ljusomvandlingsmaterial inkluderar kvantskärningsmaterial och uppkonverteringsmaterial.
Syftet med att introducera kvantskärande material är att dela en kortvågig foton i två eller flera fotoner som kan ansluta sig till den fotoelektriska omvandlingen i kiselbaserade solceller. Introduktion av uppkonverteringsmaterial görs för att kombinera två eller flera infraröda fotoner till en foton som också kan användas för fotoelektrisk omvandling i kiselbaserade fotovoltaiska enheter.
Införandet av ljusomvandlingsmaterial kan förbättra fotoelektrisk omvandlingseffektivitet utan att förändra prestandan hos själva kiselbaserade solceller. Denna metod kan avsevärt minska den tekniska svårigheten att förbättra effektiviteten hos kiselbaserade solcellssystem. Dessutom utsätts kiselbaserade solcellsapparater för solljus, så deras temperatur måste hanteras. Att hantera denna temperatur kräver att man mäter den i förväg.
Det är dock möjligt att om tre material som individuellt kan uppnå kvantskärning, uppkonvertering och temperaturavkänning samtidigt introduceras i kiselbaserade solceller, kommer det att leda till svårigheter i solcellsstrukturdesign och onödig ökning av produktkostnaderna. Därför är det en utmaning att hitta och utveckla högpresterande material som kombinerar ovanstående tre funktioner.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , rapporterar forskare från School of Science, Dalian Maritime University att de har uppnått högeffektiv fotosplit, nästan ren infraröd uppkonverteringsemission och lämplig temperaturavkänning för termisk hantering i kiselbaserade solceller genom att justera dopningskoncentrationerna av Er 3+ och Yb 3+ i NaY(WO4 )2 fosfor.
Arbetet avslöjar att detta allt-i-ett-material är en utmärkt kandidat för användning i kiselbaserade solceller för att förbättra deras fotoelektriska omvandlingseffektivitet och förbättra deras värmehantering.
En djupgående förståelse av kvantskärningsmekanismen är viktig för att designa och bedöma kvantskärningsmaterialen. Men i många fall är kvantskärningsprocesser komplicerade. I det här arbetet dekrypterade författarna noggrant stegen för fotodelning i Er 3+ /Yb 3+ samdopad NaY(WO4 )2 för att hjälpa den dopingkoncentrationsberoende spektroskopin och fluorescensdynamiken.
Teamet säger, "Baserat på de optiska spektroskopiska analyserna upptäcktes kvantskärningsmekanismen, och fotondelningsprocessen inkluderar tvåstegs energiöverföringsprocesser, nämligen 4 S3/2 + 2 F7/2 4 I11/2 + 2 F5/2 och 4 I11/2 + 2 F7/2 4 I15/2 + 2 F5/2 ."
Kvantskärningseffektiviteten kan bekräftas experimentellt och teoretiskt. I det ideala fallet definieras den uppmätta kvantskärningseffektiviteten också som den interna kvanteffektiviteten, men den skiljer sig från den traditionella definitionen av intern kvanteffektivitet. Mättekniken för kvanteffektiviteten är fortfarande inte tillfredsställande eftersom mätresultaten kompliceras av för många okontrollerbara faktorer.
Därför blir den teoretiska interna kvantskärningseffektiviteten signifikant. Författarna hävdar, "Kvantskärningsmekanismen upptäcktes av de optiska spektroskopiska analyserna, och kvantskärningseffektiviteterna beräknades med hjälp av Judd-Ofelt-teorin, Föster-Dexter-teorin, energigaplagen." Författarna uppskattade den interna kvantskärningseffektiviteten för NaY(WO4 )2 :Er 3+ /Yb 3+ genom att ta hänsyn till strålningsövergångar, icke-strålande övergångar och energiöverföringar, och uppnådde en effektivitet så hög som 173 %.
En annan viktig poäng med detta arbete är att forskarna uppnådde nästan ren nära-infraröd emission av Yb 3+ .
Teamet observerar:"Dessa uppkonverteringsmekanismer säger oss att både Er 3+ och Er 3+ /Yb 3+ dopad NaY(WO4 )2 fosforer uppvisar starka nära-infraröda emissioner från 4 I11/2 4 I15/2 av Er 3+ och 2 F5/2 2 F7/2 av Yb 3+ vilket indikerar att de studerade fosforerna är goda ljusomvandlingskandidater för kiselbaserade solcellstillämpningar."
Mer information: Duan Gao et al, nära infraröda emissioner från både högeffektiv kvantskärning (173 %) och nästan ren färg uppkonvertering i NaY(WO4)2:Er3+/Yb3+ med termisk hanteringsförmåga för kiselbaserade solceller, Light :Vetenskap och tillämpningar (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01365-2
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
