塑料晶體是破紀錄的能量運輸的關鍵

來自劍橋大學和布里斯托爾大學的科學家們已經找到了一種製造塑料半導體納米結構的方法，這種結構可以吸收光線，並且比以前觀察到的輸送能量高出20倍，為更靈活和更高效的太陽能電池和光電探測器鋪平了道路。

研究人員的研究成果發表在Science（「Long-range exciton transport in conjugated polymer nanofibers prepared by seeded growth」）上，他們的研究結果表明，這種發現可能是「遊戲規則改變者」，因為它允許吸收這些材料中的陽光的能量被捕獲並更高效地使用。

圖像顯示了聚合物納米結構的光發射和單個納米結構的示意圖。（圖片來源：布里斯託大學）

輕質半導體塑料現在廣泛用於大眾市場的電子顯示器，如手機，平板電腦和平板電視中的電子顯示器。然而，使用這些材料將太陽光轉換成電能來製造太陽能電池要複雜得多。

光激狀態-當光子被半導體材料吸收時，光子需要在材料中移動以使得他們能夠在能量損耗掉之前被捕獲。這些激發通常僅能在塑料（或聚合物）半導體中傳輸10納米的距離，因此研究人員們需要在納米尺度建立微小的結構，以最大限度地捕獲光子

布里斯托爾大學的Xu-Hui Jin博士及其同事開發了一種使用聚合物製造高度有序的晶體半導體結構的新方法。

劍橋大學卡文迪許實驗室的Michael Price博士測量了光的激發態的傳輸距離，該距離達到了200納米，比以前提高了20倍。

200納米尤其重要，因為它比完全吸收環境光所需的材料厚度更大，使得這些聚合物更適合作為太陽能電池和光電探測器的「光收集器」。

「效率的提高實際上有兩個原因：首先，因為高能粒子進一步傳播，他們更容易捕獲，其次，我們現在可以合併大約100納米厚的層，這是吸收光的所有能量所需的最小厚度- 所謂的光吸收深度，」該論文的共同作者，布里斯託大學的George Whittell博士說。「以前，在這麼厚的層中，顆粒無法運動足夠遠以到達表面。」

共同作者、劍橋大學卡文迪許實驗室的Richard Friend教授和聖約翰學院的研究員說：「能量在這些材料中移動的距離令人驚訝，並指出了意想不到的量子相干傳輸過程的作用。

研究小組現在計劃準備比當前研究中的結構更厚且比光學吸收深度更大的結構，以基於此技術構建標準太陽能電池。

他們還在準備其他能夠使用光進行化學反應的結構，例如將水分解成氫和氧。

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