一直以來，光伏行業(yè)都認(rèn)為硅電池的光電轉(zhuǎn)化理論效率為29%，組件效率不會(huì)超過25%，除非采用多結(jié)、異質(zhì)結(jié)、聚光等技術(shù)。因?yàn)樵谌肷涔獾哪茉粗校?0%至30%為透射損失，約30%為量子損失，約10%為載流子復(fù)合、表面反射損失及串聯(lián)電阻損失等。

然而，美國(guó)研究人員日前的最新研究發(fā)現(xiàn)，通過實(shí)現(xiàn)硅、碳基分子的能量轉(zhuǎn)移，有望大幅突破硅電池理論轉(zhuǎn)化效率極限。這一突破性的發(fā)現(xiàn)對(duì)量子計(jì)算中的信息存儲(chǔ)、光電轉(zhuǎn)換和醫(yī)學(xué)成像具有重要意義!!!!

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校和加州大學(xué)河濱分校的一組研究人員發(fā)現(xiàn)，不同顏色的光由光子組成，光子攜帶光的能量。硅可以有效地將紅色光子轉(zhuǎn)化為電能，但是藍(lán)色光子攜帶的能量是紅色光子的兩倍，硅失去的大部分能量都是熱。

這一新發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家們提供了一種提高硅效率的方法，即將硅與碳基材料配對(duì)，將藍(lán)色光子轉(zhuǎn)換成紅色光子對(duì)，從而更有效地被硅利用。這種混合材料還可以調(diào)整為反向操作，吸收紅光并將其轉(zhuǎn)換為藍(lán)光。

圖：通過等離子工藝處理硅烷氣體生成硅納米晶體

將硅與之配對(duì)的有機(jī)分子是一種叫做Anthracene的碳灰，基本上是煤煙。研究成果描述了一種將硅與蒽進(jìn)行化學(xué)連接的方法，產(chǎn)生一條分子電源線，使能量在硅和類灰物質(zhì)之間傳遞。通過微調(diào)這種材料，使其對(duì)不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生反應(yīng)。

想象一下，對(duì)于量子計(jì)算來說，能夠調(diào)整和優(yōu)化一種材料，把一個(gè)藍(lán)色光子變成兩個(gè)紅色光子，或者把兩個(gè)紅色光子變成一個(gè)藍(lán)色。它非常適合信息存儲(chǔ)。

而對(duì)于光伏來講，能將一個(gè)不能發(fā)電的藍(lán)色光子轉(zhuǎn)化成能發(fā)電的兩個(gè)紅色光子，硅基材料的光電轉(zhuǎn)化效率將成倍增加。

四十年來，科學(xué)家們一直假設(shè)，將硅與一種更好地吸收藍(lán)光和綠光的有機(jī)材料配對(duì)，以尋求提高硅材料光電轉(zhuǎn)化能力。

通常每個(gè)光子能量只能激發(fā)單個(gè)電子，即使該光子攜帶能激發(fā)兩個(gè)電子所需的能量。半年前，麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)并證明了一種方法，可以讓高能光子撞擊硅材料激發(fā)出兩個(gè)電子而不是一個(gè)電子，這個(gè)方法為新型太陽能電池打開了一扇門，有望使晶硅太陽能轉(zhuǎn)化效率從29%的理論極限突破到35%。

而德州大學(xué)和加州大學(xué)研究人員的發(fā)現(xiàn)，更有望讓晶硅光電轉(zhuǎn)化效率成倍提高。

實(shí)現(xiàn)從碳基材料到硅的一種特殊的能量轉(zhuǎn)移，科學(xué)家稱為“自旋三重態(tài)激子轉(zhuǎn)移”，科學(xué)家們介紹了如何通過連接硅納米晶和蒽的微小化學(xué)線打破僵局，這是他們第一次實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)的能量轉(zhuǎn)移。

科學(xué)家表示，目前的挑戰(zhàn)是如何從這些有機(jī)材料中獲得成對(duì)的激發(fā)電子并將其轉(zhuǎn)化為硅。不是簡(jiǎn)單的堆疊，而是在硅和這種材料之間建立一種新型的化學(xué)界面，使它們能夠進(jìn)行電子通信。

研究人員測(cè)量了一種特殊設(shè)計(jì)的附著在硅納米晶體上的分子的效果，利用超快激光發(fā)現(xiàn)，這兩種材料之間的新型分子線不僅快速、有彈性、高效，而且能有效地將約90%的能量從納米晶轉(zhuǎn)移到分子上。

一旦實(shí)現(xiàn)能力轉(zhuǎn)移，科學(xué)家就可以利用這種化學(xué)物質(zhì)制造出吸收和發(fā)射任何顏色光的材料。

這項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在《自然化學(xué)》雜志上。