以有机染料吸收转换红外光，有效利用日照并提升光转换效率

美国劳伦斯伯克利国家实验室近日成功在纳米粒子有所突破，让太阳能板可更有效的吸收并转换红外光，大幅提升太阳能板光吸收效率。

团队利用有机染料(organic dyes)涂层吸收红外光，并透过材料重放射(reemit)性能将光转换成可见光谱。根据其在期刊《Nature Photonics》研究，有机染料本身可重放射 33,000 倍亮度，因此团队将材料与纳米粒子相互作用，将材料光转换效率提高 100 倍。

伯克利研究所科学家 Bruce Cohen 表示，当今太阳能技术大多以捕捉可见光为主，红外光时常被忽略进而浪费，而该有机染料可以捕捉大量红外光，再借由新型染料敏化纳米技术将红外光有效转换成可见光，能大幅提高太阳能光吸收效率。

该团队研究变频纳米粒子(UCNPs)已有十年之久，其在 2012 年的研究指出 UCNPs 上的染料能增强光转换，可吸收两个或更多低能量光子并转换成高能量光子，但其机制一直是个谜团，Cohen 也表示，染料在阳光下几乎会立刻衰退，因此无人知晓染料如何与纳米粒子相互作用。

而团队如今已成功破解该谜团，UCNPs 是运用纳米粒子中的镧系金属(lanthanide)不寻常特性，将红外光转换成可见光。加洲大学柏克莱分校(CAL)博士生 David Garfield 和分子铸造科学家 Nicholas Borys 团队成员实验表明，染料与镧系金属存有共生关系。

染料对粒子中镧系金属的接近性(proximity)会增强染料的存在(presence)，该现象被称为三重态(triplet state)，可更有效的把能量移到金属上，将许多红外光子转换成可见光单一光子，且当纳米粒子中的镧系金属浓度从 22% 增加到 52% 时，可进一步增强光转换。

Cohen 指出，研究显示镧系金属会促使有机染料进入三重态，而三重态容易在空气中衰退，恰好可以解释能量转移效率和染料为何会不稳定。

目前该研究由于材料不稳定，实验测试是在氮气环境中进行，但团队皆看好染料纳米粒子未来应用，分子铸造科学家 James Schuck 表示，该有机染料纳米粒子的尺寸约为 12nm，可用于太阳能电池表面，让电池捕获更多光线。另一用途则是用于生物影像(biological imaging)技术，借由将纳米粒子置入细胞，可在光学显微学中可标记细胞组成，或是用于深层组织影像跟光遗传学，利用光来控制细胞活性。