光合作用模仿者可能会改善太阳能电池

一种相对较新的半导体，层叠在类似镜子的结构上，可以模仿树叶在相对较长的距离内将来自太阳的能量移动到燃料化学反应的方式。这种方法有朝一日可能会提高太阳能电池的效率。

“能源传输是太阳能电池中太阳能收集和转换的关键步骤之一，”电气和计算机工程博士后研究员、Optica杂志上该研究的第一作者 Bin Liu 说。

“我们创造了一种结构，可以支持混合光物质混合状态，实现高效和超远距离的能量传输。”

太阳能电池损失能量的方式之一是在没有光的情况下产生的漏电流。这发生在太阳能电池的一部分，该部分吸收光吸收产生的带负电的电子和带正电的“空穴”，并在不同半导体之间的连接处将它们分开以产生电流。

在传统的太阳能电池中，结面积与收集光的面积一样大，因此电子和空穴不必走很远就能到达它。但缺点是这些泄漏电流的能量损失。

自然通过叶绿体中的大型集光“天线复合物”和电子和空穴分离用于糖生产的小得多的“反应中心”，最大限度地减少了光合作用中的这些损失。然而，这些被称为激子的电子-空穴对在半导体中很难长距离传输。

刘解释说，光合复合物可以通过高度有序的结构来管理它，但人造材料通常太不完美了。

新设备通过不将光子完全转换为激子来解决这个问题——相反，它们保持了类光的特性。光子-电子-空穴混合物被称为极化子。在极化子形式中，它的类光特性允许能量快速穿过相对较大的 0.1 毫米距离，这甚至比激子在叶子内传播的距离还要远。

该团队通过将薄的、吸光的半导体层叠在类似于镜子的光子结构上，然后对其进行照明，从而创造了极化子。该设备的这一部分就像叶绿体中的天线复合体，在大面积上收集光能。在类似镜子的结构的帮助下，半导体将极化子集中到探测器上，探测器将它们转化为电流。

“这种安排的优势在于它有可能大大提高传统太阳能电池的发电效率，因为传统太阳能电池的聚光区和电荷分离区共存于同一区域，”彼得·A·弗兰肯杰出大学教授斯蒂芬·福雷斯特说。工程，谁领导了这项研究。

虽然团队知道能量传输正在他们的系统中发生，但他们并不完全确定能量是否以极化子的形式持续移动。可能是光子在到达探测器的途中掠过一系列激子。他们将这一基本细节留给未来的工作，以及如何构建有效的光收集设备来利用类似光合作用的能量转移的问题。

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