美研發自組裝奈米太陽能材料，理論轉換效率高達44%
2019-01-30
傳統太陽能技術只能吸受特電波長的光，理論轉換效率最高只能達到 33.7%，但隨著科技日新月異，如今科學家有望透過奈米科技來突破這項限制，最近美國紐約市立大學研究員便提出自組裝奈米技術方法，進一步將太陽能理論轉換效率提高到 44%。
雖然說太陽能是種取之不盡用之不竭的綠色能源，但實際上太陽能板無法吸收所有的光線，只有在光子能量大於太陽能材料能隙時，才會被面板吸收並轉換成電力，因此市面上的面板基本上無法吸收紫外光、紅外光或是較弱的光線，這讓太陽能轉換效率大打折扣。
科學家也沒辦法找到能完全將光轉換成電力的材料，因此目前除了致力於發掘舊有太陽光電技術，已有不少科學家正希望能利用新科技帶來革命性的突破。
近期美國紐約市立大學先進科學研究中心則在自組裝（Self-assembly）奈米材料有所突破，論文第一作者 Andrew Levine 表示，團隊透過改進工業常用的染料分子來製造自組裝材料，希望可藉此提高電子產量並延長電子處於激發態的時間，讓太陽能板可以吸收更多的光。
其中處於激發態的原子或分子並不穩定，壽命通常很短，但它可以再吸收光，進而躍遷到更高能階的激發態，也能透過發射光或其它方式釋放出過剩能量。在新研究中，染料分子在自組裝過程會以特定的方式堆疊，讓已吸收光子的染料分子可以跟其他分子共享能量，或是進一步激發其他分子，而染料中的電子耦合後就可被太陽能板吸收。
（Source：Physical Chemistry）
目前該團隊科學家已運用 5 種工業用染料製造出六個自組裝排列組合，每種組合都有些許差異，染料的激發態、單重態激子分裂的引發因素以及電子產量和激發態壽命都不一樣，化學系副教授 Adam Braunschweig 指出，團隊已打造出奈米材料資料庫，可加以研究調整材料性能來提高光捕捉效率。
與傳統的太陽能技術相比，分子自組等自組裝製程是利用材料之間的相互作用來形成各式結構，若太陽能製程採用該技術將能大幅減少製造時間與成本，目前團隊已提出一項解決方案來提高光吸收能量，下一步就是找出如何吸收全部的光，研究已發表在《Physical Chemistry》。
SELF-ASSEMBLING NANOMATERIALS COULD IMPROVE SOLAR PANELS
Self-assembling nanomaterial offers pathway to more efficient, affordable harnessing of solar power
（首圖為示意圖，來源：Flickr/Allagash Brewing CC BY 2.0）
◎資料來源：科技新報
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