帕德博恩大学的物理学家利用复杂的计算机模拟，开发出一种比以前更高效的太阳能电池的新设计。一层薄薄的有机材料，被称为四烯，是提高效率的原因。研究结果现已发表在《物理评论快报》杂志上。

“地球上每年的太阳辐射能量超过一万亿千瓦时，超过全球能源需求5000多倍。因此，光伏发电，即利用阳光发电，为清洁和可再生能源的供应提供了巨大的、基本上尚未开发的潜力。用于此目的的硅太阳能电池目前在市场上占主导地位，但效率有限，”帕德博恩大学自然科学学院院长、物理学家沃尔夫·格罗·施密特教授解释说。其中一个原因是，一些来自短波辐射的能量没有转化为电能，而是转化为不必要的热量。

施密特解释说:“为了提高效率，硅太阳能电池可以提供一个有机层，例如由半导体四烯制成。短波光被这一层吸收并转化为高能电子激发，即所谓的激子。这些激子在四烯中衰变成两个低能激发。如果这些激发能成功地转移到硅太阳能电池中，它们就能有效地转化为电能，提高可用能源的总体产量。”

能量快速转移取得决定性突破

施密特的团队正在帕德伯恩大学的高性能计算中心——并行计算中心(PC2)，利用复杂的计算机模拟，研究四烯向硅的激发转移。现在已经取得了决定性的突破:在与同样来自帕德博恩大学的Marvin Krenz博士和Uwe Gerstmann教授的一项联合研究中，科学家们已经证明，在四烯薄膜和太阳能电池之间的界面上，不饱和化学键形式的特殊缺陷显著地加速了激子的转移。Schmidt:“这种缺陷发生在氢的解吸过程中，导致能量波动的电子界面态。这些波动像电梯一样将电子激发从四烯传递到硅中。”

太阳能电池中的这种“缺陷”实际上与能量损失有关。这使得三位物理学家的结果更加令人惊讶:“在硅四烯界面的情况下，这些缺陷对于快速的能量转移是必不可少的。我们的计算机模拟结果确实令人惊讶。他们还为设计一种效率显著提高的新型太阳能电池提供了精确的指示，”物理学家说。