太阳能技术研究人员开发出创新的光收集系统

为了尽可能高效地将阳光转化为电能或其他形式的能源，第一步就是要有一个高效的采光系统。理想情况下，这应该是全色的，即吸收整个可见光光谱。

植物和细菌的集光天线就是一个典型例子。它们可以捕捉光谱宽广的光用于光合作用，但结构非常复杂，需要多种染料来传输吸收光的能量并将其聚焦到中心点。

人类迄今为止开发的集光系统也存在缺点：

硅等无机半导体虽然具有全色性，但对光的吸收却很弱。因此，为了吸收足够的光能，需要微米级的超厚硅层，这导致太阳能电池体积相对较大、重量较重。

适用于太阳能电池的有机染料要薄得多：其层厚仅为100纳米左右。然而，它们几乎无法吸收较宽的光谱范围，因此效率不是特别高。

薄层吸收大量光能

德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯马克西米利安大学(JMU)的研究人员在《化学》杂志上发表了一种创新的光收集系统，该系统与之前的系统有很大不同。

“我们的系统具有与无机半导体类似的能带结构。这意味着它能够在整个可见光范围内全色吸收光线。并且它利用了有机染料的高吸收系数。因此，它可以在相对较薄的层中吸收大量光能，类似于天然的光收集系统，”JMU化学教授FrankWürthner说道。

他的有机化学研究所/纳米系统化学中心的团队设计了JMU的光收集系统，并与物理和理论化学研究所的TobiasBrixner教授团队一起对其进行了研究。

四种染料的巧妙排列

简单来说，维尔茨堡的创新型集光天线由四种不同的花青染料组成，这些染料折叠在一起，紧密堆叠在一起。分子的精心排列使天线内的能量传输超快、高效。

研究人员将新光收集系统的原型命名为URPB。这些字母代表天线四种染料成分吸收的光波长：U代表紫外线，R代表，P代表紫色，B代表蓝色。

通过荧光验证的性能

研究人员通过测量所谓的荧光量子产率证明了他们的新型光收集系统效果很好。这涉及测量系统以荧光形式发射的能量。这可以得出有关它之前收集的光能量的结论。

结果：该系统将38%的宽光谱范围内的辐射光能转化为荧光——而这四种染料本身只能将不到1%到最多3%的荧光转化为荧光。因此，染料分子在堆栈中的正确组合和巧妙的空间排列会产生很大的不同。