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據外媒報道，通過利用一種被稱為單重態裂變的現象，可以提高太陽能電池的效率。然而，到目前為止，反應過程中無法解釋的能量損失一直是一個主要問題。瑞典林雪平大學的科學家領導的研究小組發現了單重態裂變過程中發生的情況以及損失的能量去向。該成果已發表在《細胞報告物理科學》雜志上。
太陽能是最重要的無化石、環保的可持續電力來源之一。目前使用的硅基太陽能電池最多只能利用太陽光中約33%的能量并將其轉化為電能。這是因為太陽光束中的光包或光子的能量太低，無法被太陽能電池吸收，或者太高，因此部分能量被耗散為廢熱。這個最大理論效率被稱為肖克利-奎伊瑟極限。在實踐中，現代太陽能電池的效率為20-25%。
然而，在分子光物理學中，一種被稱為單重態裂變的現象可以使具有較高能量的光子得到利用，并在沒有熱損失的情況下轉化為電能。近年來，單重態裂變引起了科學家們越來越多的關注，開發最佳材料的活動正在緊張進行。然而，到目前為止，單重態裂變過程中無法解釋的能量損失使設計這種材料變得困難。研究人員一直無法就這些能量損失的來源達成一致。
現在，林雪平大學的研究人員與劍橋、牛津、圣塞瓦斯蒂安和巴塞羅那的同事一起發現了單重態裂變過程中的能量去向。
“單重態裂變在不到一納秒的時間內發生，這使得測量它變得非常困難。我們的發現使我們能夠打開黑匣子，看到反應過程中能量的去向。通過這種方式，我們最終將能夠優化材料，以提高太陽能電池的效率。”林雪平大學物理、化學和生物系高級講師Yuttapoom Puttisong說。
部分能量以中間亮態的形式消失，這是實現高效單重態裂變必須解決的問題。發現能量的去向是實現太陽能電池效率顯著提高（從目前的33%提高到40%以上）道路上的重要一步。
研究人員使用了一種精細的磁光瞬態方法來確定能量損失的位置。這種技術具有獨特的優勢，它可以在納秒的時間尺度上考察單重態裂變反應的“指紋”。然而，這種新技術可以用于研究更廣泛的材料庫中的單重態裂變。該研究已發表在《細胞報告物理科學》雜志上。
“實際的單重態裂變過程發生在晶體材料中。如果我們能夠優化這種材料，盡可能多地保留單重態裂變的能量，我們將大大接近實際應用。此外，這種單重態裂變材料是可以溶液加工的，這使得它的制造成本很低，適合與現有的太陽能電池技術相結合。”林雪平大學物理、化學和生物系的博士生、該研究的第一作者黃玉清說。
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