태양광 전력에 생산에 청색광의 특별함

태양광 전력은 사실 너무 낭비적이다. 하지만 화석 연료와 같은 뜻의 낭비적 의미는 아니다.

청색광과 그 근처 광은 가장 높은 포톤 에너지를 가지고 있지만 그들의 포톤 수는 적외선의 것에 비해 적다.

한편 적외선 광은 태양전지에 충돌할 수 있는 더 많은 포톤의 수를 가지고 있지만 청색광 포톤에 비해 낮은 에너지를 갖고 있다.

만약 태양전지가 적외선광만 수집한다면 문제는 밴드갭을 초과하는 어떤 에너지라도 매우 빨리 열로 바뀐다. 청색광을 받으면 단지 낭비적인 열로 되는 것이다.

위 내용이 뜻하는 것은 가장 높은 에너지인 청색광은 현재의 태양전지가 가치 있게 수확을 할 수 없어 대부분의 태양전지에 사용되지 못하고 있다는 것이다.

(그림 1. TIPS(bis(triisopropylsilylethynyl)-pentacene의 개요.  a, TIPS-pentacene(TP) 용액에서 singlet fission의 매케니즘을 위한 도식도.  하나의 singlet-excited 분자와 하나의 바닥 상태의 분자가 excimer을 생성시키위한 rate-limiting 단계에 관여하고 있다. 이 중간적인 상태는 2개의 triplet으로 붕괴된다. 청색 화살표는 상호작용을 뜻하고 적색 화살표는 광학적 전이(transition)을 나타내고 점선 화살표는 비방사 붕괴를 뜻한다. b, TIPS-pentacene의 구조.  c, chloroform에 용해되어 있는 경우와 스핀 코팅된 TIPS-pentacene의 바닥상태 흡수 스펙트럼.)  

Canbridge 연구자들은 위 문제를 풀 수 있는 가능한 방법을 고안 했다.

그들의 해결책은 singlet exciton fission을 이용하는 것이다. singlet exciton fission은 스핀 보존 과정인데 하나의 광여기 singlet 상태로 부터 2개의 triplet 여기 상태를 만든다.

근본적으로 이것은 양자 특성인 스핀을 이용해서 단일 포톤의 에너지를 쪼개 2개의 입자를 만드는 방법이다. 이것은 두 입자사이의 순간적인 전하 공유로 인해 단지 pico초 동안에 전류가 2배로 되는 것을 뜻한다. 하지만 전체 전력을 증가시키기에는 이 시간은 충분히 길다.

더우기 여기에 소개된 이 방법은 기존 태양전지 기술을 완전히 새롭게 설계할 필요는 없다.

참고: http://motherboard.vice.com/blog/how-to-double-the-output-of-current-solar-cells-for-cheap