麻省理工学院研发的一项新技术可大幅提高太阳能电池转换效率。

　　过去对太阳能电池研究的数十年间，科技界一直认为该装置在光电装换效率上存在一个绝对极限，即著名的“Shockley-Queisser”。该理论断定单个最佳化的半导体结的最高转换效率永远不能超过34%。

　　现在，麻省理工学院的研究人员已经表明，有一种方法可能轻松的打破这个极限，就像今天已经成功突破音障的喷气式战斗机--这曾经一度也被看作是一个极限。

　　这项研究成果发表在本周《科学》杂志上的一份报告中，合作作者包括研究生丹尼尔·康格里夫、尼古拉斯·汤普森、埃里克·霍恩茨、谢恩·约斯特以及教授马克·巴尔多和特洛伊·范·沃里斯。

　　麻省理工学院电气工程教授巴尔多说，从理论上来说，人们已经早在上世纪60年代就知道了屏障破坏技术背后的原理，但它仍然是一个有些模糊的概念，没有人成功付诸实践过。麻省理工学院研究小组第一个成功的进行了“原理验证”（单线态激子裂变）。

　　在标准的光伏电池中，每个光子只能释放光伏材料中的一个电子，然后这个被释放的电子通过导线来提供电流。

　　但是，通过应用新的技术，每个光子可以释放两个电子，使得工艺更高效：在标准的太阳能电池中，一个光子携带的多余能量以热能的形式被浪费掉；而在新的系统中，额外的能量用来产生两个电子，而不是一个。

　　尽管之前已经有人“分裂过”一个光子的能量，但是他们应用了紫外线--电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。麻省理工学院研究团队第一次利用可见光取得这一壮举，为该技术在太阳能电池板上的实际应用奠定的基础。
　　研究人员在有机太阳能电池中加入了一种称为“并五苯”的有机化合物。尽管人们已经知道“并五苯”只需一个光子就能产生两个激子，但之前从没有人能够将其与每个光子产生一个以上电子的光伏电池相结合。

　　巴尔多说：“我们整个项目就是问了证明这个分裂过程是有效的。最终结果表明我们能够打破这道屏障。”

　　康格里夫说，这项工作的理论基础很早以前就已经奠定了，但是没有人能够在一个真正的、有效的系统里实现它。“在这个系统中，每个人都知道你可以，他们只是等待有人来做到这一点。”

　　剑桥大学教授理查德o弗兰德补充说：“这是我们等待很久的一件里程碑事件，这真实一项伟大的研究。”

　　由于这只是第一个原理验证，研究人员尚未对该系统进行优化，其能量转换效率仍低于2%。但是，研究人员表示，通过进一步优化来逐步提升效率应该是一个简单的过程。汤普森称：“似乎已经没有根本性的障碍了。”

　　巴尔多说，当今的商业化太阳能电池板转换效率最高为25%，一块利用单裂变的硅太阳能电池的转换效率应该能够超过30%--这将是一个进展通常缓慢递增领域里的巨大跳跃。他指出，在太阳能电池研究领域，科研人员常常为了“千分之一的进步”而付出毕生的精力。

　　也可以通过连接不同的太阳能电池来提高太阳能电池板的转换效率，但是利用传统的材料连接太阳能电池非常昂贵。相反，这项新的技术有望降低太阳能电池的涂层成本。

　　这项研究使用了一种已知的材料，但是科研人员目前正在探索新的材料，这些材料可能具有同样的性能，甚至更好。巴尔多说，既然已经对原理有了更好的理解，研究人员能够以一种更系统的方式探索可能的替代方案。

　　加利福尼亚州立大学河滨分校化学系教授克里斯多夫·巴丁称这项工作“非常重要”，并表示麻省理工学院研究团队使用的工艺“代表了向将光物理过程（裂变）融合到真实装置迈出的第一步。这项成就有助于让该领域的工作者相信，这项工艺真的有可能提升太阳能电池转换效率达25%，甚至更多。

　　这项研究在激子学中心完成，并得到美国能源部的支持。麻省理工学院已经为该项技术申请了临时专利。