上周发表在《自然》杂志上的一篇论文详细描述了麻省理工学院的科学家如何证明单线态激子裂变效应如何应用于硅太阳能电池，并有可能实现高达35%的电池效率。 单线态激子裂变是一种存在于某些材料中的效应，其中单个光子（光粒子）在被吸收到太阳能电池中时可以产生两个电子——空穴对，而不是通常的一个。早在20世纪70年代，科学家就观察到了这种效应。在过去十年中全球一些主要研究机构都将它作为重要的研究领域，但将这一效应转化为可行的太阳能电池已被证明并非易事。 在论文《通过单重态激子裂变敏化硅》中，科学家声称首次将这种效应从一种已知的“激子”材料转移到目标材料——即将并四苯（一种碳氢化合物有机半导体）转至晶体硅中。他们通过在硅太阳能电池和激子并四苯之间放置仅几个原子厚度的铪氮氧化物层，实现了这一创举。
“事实证明，在这两个系统之间的界面处，这极薄的一层材料最终成为了成功关键，”麻省理工学院激子学中心的研究生Markus Einziger解释说，“这就是为什么其他研究人员无法让这个过程发挥作用，而我们最终做到了。”
桥梁效应
铪氮氧化物层作用好比一座“利于通行的桥”，使得在并四苯层中产生的高能光子可以触发硅电池中两个电子的释放。科学家们报告说，这一发现使光谱绿色和蓝色部分的能量输出增加了一倍。
然而，尽管他们推测这一进展可以将硅太阳能电池的效率提高到最高约35%——超过单结硅太阳能的理论极限，但他们并未给出实验中实际达到的效率。
研究人员表示，虽然他们新发表的论文给出了有效耦合两种材料的“关键步骤”，但他们仍有工作要做。麻省理工学院电气工程与计算机科学教授Marc Baldo说：“我们仍然需要为这一过程优化硅电池。总的来说，商业应用可能还需要几年时间。”
效率有可能更高
麻省理工学院的研究人员热衷于在此领域继续探索，他们将之称作给硅太阳能电池“涡轮增压”。这不同于如今最常采用的聚焦串叠电池概念的提高太阳能电池效率的方法。“我们是向硅中注入更多的电流而不是制造两个电池，”Baldo表示。
团队将继续使用这些材料，并有望实现单结硅的效率提升，甚至超过35%的理论值。“我们知道铪氮氧化物会在界面处产生额外的电荷，通过称为电场钝化的过程减少损耗，”Einziger透露，“如果我们能够更好地控制这种现象，效率有可能变得更高。”
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