傳統(tǒng)太陽能電池的效率可大幅度提高，一項新的研究探討了太陽能轉(zhuǎn)換機制，項目領導是得克薩斯大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)化學家朱曉陽(Xiaoyang Zhu)。朱曉陽和他的研究小組發(fā)現(xiàn)，有可能使每一個陽光光子產(chǎn)生的電子數(shù)量增加一倍，只需使用一種有機塑料半導體材料。

“塑料半導體太陽能電池的生產(chǎn)具有很大的優(yōu)勢，其中之一就是成本低，”化學教授朱曉陽說。“結(jié)合潛力巨大的分子設計和合成，我們的發(fā)現(xiàn)打開了一扇大門，可以帶來一種令人興奮的新方法，進行太陽能轉(zhuǎn)換，可產(chǎn)生高得多的效率。”

朱曉陽和他的小組發(fā)表了他們的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，就在12月16日的《科學》上，題為《觀察多激子狀態(tài)在單線態(tài)裂變中確保超快多電子轉(zhuǎn)移》(Observing the Multiexciton State in Singlet Fission and Ensuing Ultrafast Multielectron Transfer)

今天使用的硅太陽能電池，最大理論效率大約為31%，因為照射到電池上的大部分太陽能量都太高，難以轉(zhuǎn)化為可用的電力。這種能量在形式上是“熱電子”，會散發(fā)為熱量。捕獲熱電子有可能提高效率，使太陽能到電力的轉(zhuǎn)換效率達到66%。

朱曉陽和他的研究小組先前曾表明，可以捕獲這些熱電子，只需要使用半導體納米晶體。他們在2010年的《科學》上發(fā)表了那項研究，但朱曉陽說，靠那項研究，要實際實施一項可行的技術，還面臨很多挑戰(zhàn)。

“一件事情是，”朱曉陽說，“要達到66%的效率，只有使用高度集中的陽光，不能只用原始自然陽光，就是通常照射到太陽能電池板上的陽光。這就會產(chǎn)生一些問題，因為要考慮設計一種新材料或設備。”

為了規(guī)避這個問題，朱曉陽和他的小組已經(jīng)找到一種替代方法。他們發(fā)現(xiàn)，一個光子會產(chǎn)生一個黑暗的量子“陰影狀態(tài)”，隨后，可以從中有效地捕捉到兩個電子，以產(chǎn)生更多的能量，這要采用半導體并五苯(pentacene)。

朱曉陽說，利用這種機制，可以把太陽能電池效率提高到44%，不需要聚集太陽光束，這會促進更廣泛地使用太陽能技術。

這一研究小組牽頭的是陳煒倫(Wai-lun Chan)，他是朱曉陽小組的博士后研究員，協(xié)助人員還有博士后研究員曼努埃爾 里格斯(Manuel Ligges)，阿斯卡特 金勞柏克夫(Askat Jailaubekov)，羅蘭 凱克(Loren Kaake)和路易斯 馬佳 阿維拉(Luis Miaja-Avila)幫助。這項研究的支持來自國家科學基金會和能源部。