Research press release


Nature Communications

Materials science: Solar energy convertors heat up


ホットキャリア・ハーベスティングは、太陽エネルギーの効率に対する制約を克服するための方法の1つで、光によって加熱された電子が周辺の材料にエネルギーを奪われる前に、この電子を捕捉することができる。ホットキャリア・ハーベスティングの方法として最近考案された光子増強熱電子放射の場合、電子とその基礎にある結晶格子が同じ温度まで加熱されるため、電子がエネルギーを失う前に電子を捕捉する必要がなくなり、電子を有用なエネルギーに変換するための時間的余裕が生まれている。しかし、現在のところ、このプロセスの効率は低すぎ、実用性がない。今回、N Meloshたちは、この問題点に取り組み、2つの半導体から1つの構造体を作り出し、その結果生じた界面によって効率が劇的に向上することを明らかにした。そして、Meloshたちは、この装置の表面に異なるコーティングを用いることで、さらなる向上が可能なことも明らかにした。

A method for improving the efficiency of electron emission in solar conversion devices is presented in this week’s Nature Communications. The method demonstrates an important step for solar energy convertors based on the photon-enhanced thermionic emission scheme, which makes use of thermal energy that is not available to conventional photovoltaic cells.

Hot carrier harvesting is an approach for overcoming limits to solar energy efficiency that captures electrons that have been heated up by light before they lose their energy to the surrounding material. In photon-enhanced thermionic emission - a recent method for hot carrier harvesting - the electrons and the underlying crystal lattice are heated to the same temperature, so it is no longer necessary to capture the electrons before they lose their energy. This means there is more time to convert the electrons into useful energy. However, the efficiency for this process is currently too low to be practical. Nick Melosh and colleagues address this problem by building a structure from two semiconductors and showing that the resulting interface dramatically enhances the efficiency. They show that further improvements are possible by using different coatings on the surface of the device.

doi: 10.1038/ncomms2577

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