1。简介：作为可再生能源的核心方向，传统理论的突破，激子乘法光伏技术的能量转换效率一直是研究的重点。在早期科学家的理解中，光子通常只能激发单个电子孔对（激子），并且单个连接硅的太阳能电池的理论效率上限为33％[1]。然而，发现多个激子产生（MEG）现象[2,3]将这种瓶颈打破了特定的无机量子点（例如硫化物）或有机半导体材料（例如五烯）（例如五烯），单个高含量的光子可以产生多个兴奋的效应，从而提高了4个效果，从而提高了4. [4]。载体乘法技术的核心原理——激子拆分将在下面介绍。

2。激子乘法技术的核心——激子拆分

图1无机量子点（a）和有机物（b）的激子乘法原理

激子乘法是指单个高能量光子激发MEG材料然后分裂成多个激子时会激发MEG材料的过程。当高能量光子（能量大于半导体材料的带隙的2倍）是事件时，普通的半导体材料将超越带隙的多余能量转换为热量损失，而MEG材料可以将多余的能量转换为其他激子。产生激子加倍的先决条件如下：1。半导体材料的带隙，能量超过2次； 2。高能光子可以产生其他激子，并分开，提取和收集激子。理解激子乘法的关键在于了解材料内部的相互作用。

以无机量子点为例（图1A）。高能量光子点燃无机量子点，并产生高能量电子和一个孔（过程I）。由于在量子点中抑制了螺螺螺旋体重组和库仑相互作用的增强，因此高能电子不再以辐射声子的形式冷却，而是在激发第二个电子（生成第二个孔）后对传导带（进程II）放松，从而从一个Ecciton中获得了两倍的exciton [5] [5]。关于量子点激子点的机理，到目前为止有三种理论：1。高能量激子处于由单exciton状态和多族cit态形成的连贯的叠加态[6]。目前，尚无实验报告证实这一理论。 2。价带电子之间的库仑相互作用可以产生虚拟的biexciton状态，并且吸收光子可以促使虚拟biexciton状态过渡到真实的biexciton状态，从而产生多重exciton效应[7]。该理论的计算结果与一些实验结果一致。 3。高能量激子具有额外的动能，可以通过碰撞将其转换为其他激子。尽管研究人员往往是半导体中螺旋钻重组的反向过程，而不是碰撞电离，但第一个原理的计算结果表明碰撞电离理论可以解释多重激子效应[8]。

以有机材料为例（图1b）。光激发了分子到第一个单线状态，该态与相邻的基态分子共享能量，并且两个形成中间状态（TT状态）[9]。一段时间后，中间状态激子失去了连贯性和弥漫性，形成两个独立的三重态激子（T1状态）。了解从单线到中间状态的过渡过程是揭示有机材料加倍的激子加倍的关键，并且也是一个广泛争议的问题。关于从单线状态到TT状态的转换过程，目前有两个主要理论：1。激子首先从单线状态转换为电荷传输状态，然后从电荷传输状态产生TT状态（图1B）[10]。 2。单线状态和TT状态之间存在量子相干性和叠加关系。在对单线激子进行光激发后，它们将通过附近的激子直接转换为TT状态（图1B保存电荷传输状态）[11]。目前，学术界仍然存在从单人类到中间状态的特定转型过程中存在差异。

AIXU研发中心的工作人员还对激子乘法技术进行了深入研究，以提高太阳能电池的效率。下一个问题将在光伏字段中介绍激子乘法技术的应用。敬请关注！

参考文献：[1] W. Shockley和H. J. Queisser，P-N连接太阳能电池效率的详细平衡极限，J。Appl。物理。 1961，32，510-519。

[2] R. J. Ellingson，M。C. Beard，J。C. Johnson等。胶体PBSE和PBS量子点中高效的多个激子产生，纳米lett。 2005，5，865。

[3] M. C. Beard，K。P. Knutsen，P。R. Yu等。胶体硅纳米晶体中的多个激子产生，纳米莱特。 2007，7 2506。

[4] M. C. Hanna，A。J。Nozik等。带有载体繁殖吸收器的光伏和光电解细胞的太阳转化效率，J。Appl。 Phys。2006，100，074510。

[5] Liu Changju，Lu Min，Su Wei'an等。纳米血症导体多种激子效应的研究进展，Acta Physics，2018，67，2，027302。

[6] A. Shabaev，Al。 L. Efros，A。J。Nozik，纳米晶体中的单个光子的Multiexciton生成，Nano Lett。 2006，6，2856。

[7] V. I. Rupasov，V。I。Klimov，通过涉及虚拟Biexciton States的AmiciConductor纳米晶体中的载体乘数。 Rev. B 2007，76，125321。

[8] G. Allan，C。Delerue，撞击电离在PBSE纳米晶体中多种激子产生中的作用，物理。 Rev. B 2006，73，205423。

[9] Zhang BO，Zhang Chunfeng，Li Xiyou，超快光谱研究Singlet Split，Acta Physics，2015，64，9，094210。

[10] E. C. Greyson，J。Vura-Weis，J。Michl，有机二聚体中的单裂裂变:在局部激发和快速相干电子转移方面对三重态产量的理论研究，J。Phys。化学B 2010，114，14168。

[11] W. L. Chan，M。Ligges，A。Asionaubekov等。观察单线裂变和随之而来的Ultrafast Multielectron Transfer，Science，2011，334，1541中观察多人状态。

作者：AIXU研发中心