singlet fission이 태양전지 효율을 30% 만큼 증가시킬 수 있다

현재의 태양전지가 하나의 포톤을 받으면 하나의 exciton을 생성되고 그 뒤에 하나의 전자-홀쌍으로 분리된다. 이 태양전지의 효율은 Shockley-Queisser 한계에 의해 약 32%으로 제한된다. 

하나의 포톤이 흡수되면 그 에너지는 물질내에서 exciton의 형태를 띈다. Exciton은 전자 스핀에 의해 2가지로 나뉜다; 모든 전자 스핀이 쌍을 이루고 있으면 singlet라고 하고 전자 스핀이 쌍으로 이루어져 있지 않으면 triplet라고 한다. 유기 태양전지에서는 이 두 종류의 exciton은 서로 다른 에너지를 갖는다. 

만약 triplet exciton 에너지가 singlet exciton 에너지의 반이라면 하나의 포톤에 의해 생성된 하나의 singlet exciton은 2개의 triplet exciton으로 분리되는 것이 가능하다. 

광을 흡수하기 위해서는 포톤 에너지는 반도체의 밴드갭 보다 커야 한다. 만약 밴드갭 보다 큰 에너지의 포톤이 흡수되면 초과 에너지는 보통 열로 버려진다. 비결은 고에너지의 exciton의 일부가 열로 소실되기 전에 2개의 exciton으로 분리시키는 것이다. 

Singlet exciton은 자발적으로 서브 ns 동안 2개의 triplet exciton으로 분리된다고 한다.  

참고: http://ucrtoday.ucr.edu/23698