Ученые добились увеличения эффективности светового потока
Москва, 18:16, 10 Авг 2016, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Повышающее преобразование фотонов увеличивает эффективность использования светового потока. В этом процессе два фотона превращаются в один, имеющий более высокую энергию. Исследователи впервые показали, что металл-органические каркасы идеально подходят для этой цели — они превратили зеленый свет в светло-голубой. Этот результат открывает новые возможности для оптоэлектронных устройств — солнечных батарей и светодиодов.
Эффективность современных солнечных батарей ограничивает то, что они могут использовать только фотоны с определенной минимальной энергией для производства электроэнергии. С помощью повышающего преобразования фотоэлектрические системы могут стать намного эффективнее.
Металл-органические каркасы (МОК) — высоко упорядоченные молекулярные системы, состоящие из металлических кластеров и органических лиганд. Исследователи разработали МОК, которые растут эпитаксиально на поверхности подложки. Эти каркасы могут быть изготовлены из различных материалов и настроены, используя различные размеры пор и химические функции. Поэтому они подходят для широкого спектра применений, например, для датчиков, катализаторов или мембран.
Еще одна область их применения — оптоэлектроника, т. е. компоненты, которые способны преобразовывать свет в электрическую энергию или наоборот. Многие из этих компонентов работают на основе полупроводников.
«МОК сочетают в себе преимущества органических и неорганических полупроводников», — объясняет профессор Кристоф Веллем, — Они характеризуются химическим разнообразием и кристалличностью, позволяющей создать упорядоченную гетероструктуру».
Во многих оптоэлектронных компонентах существует так называемый гетеропереход — это взаимодействие слоев из двух различных полупроводниковых материалов, контролирующий передачу энергии между различными возбужденными состояниями. Исследователи создали новый контрейлерный МОК, выращенный эпитаксиально.
В этом гетеропереходе удалось достичь повышающего преобразования фотона, превращая два низкоэнергетических фотона в один фотон с более высокой энергией, практически смешивая их вместе.
Процесс повышающего преобразования фотона, который показали исследователи из Карлсруэ, основан на так называемой триплет-триплетной аннигиляции. В ней участвуют две молекулы – молекула сенсибилизатора, которая поглощает фотоны и создает триплетные возбужденные состояния, и молекула эмиттер, которая принимает на себя эти состояния. Эмиттер с помощью триплет-триплетной аннигиляции посылает фотон, который имеет большую энергию, чем фотоны, поглощенные первоначально.
Сейчас исследователи работают над переносом электронов через границу между двумя МОК.
