Efficient Biologically Inspired Photocell Enhanced by Delocalized Quantum States

光子 偶极子 离域电子 量子 光电子学 吸收(声学) 激发态 材料科学 纳米技术 物理 原子物理学 光学 量子力学
作者
Celestino Creatore,M. A. Parker,Stephen Emmott,Alex W. Chin
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:111 (25) 被引量:142
标识
DOI:10.1103/physrevlett.111.253601
摘要

Artificially implementing the biological light reactions responsible for the remarkably efficient photon-to-charge conversion in photosynthetic complexes represents a new direction for the future development of photovoltaic devices. Here, we develop such a paradigm and present a model photocell based on the nanoscale architecture and molecular elements of photosynthetic reaction centers. Quantum interference of photon absorption and emission induced by the dipole-dipole interaction between molecular excited states guarantees an enhanced light-to-current conversion and power generation for a wide range of electronic, thermal, and optical parameters for optimized dipolar geometries. This result opens a promising new route for designing artificial light-harvesting devices inspired by biological photosynthesis and quantum technologies.

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