一直以來，光伏行業(yè)都認為硅電池的光電轉(zhuǎn)化理論效率為29%，組件效率不會超過25%，除非采用多結、異質(zhì)結、聚光等技術。因為在入射光的能源中，20%至30%為透射損失，約30%為量子損失，約10%為載流子復合、表面反射損失及串聯(lián)電阻損失等。

然而，美國研究人員日前的最新研究發(fā)現(xiàn)，通過實現(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)對量子計算中的信息存儲、光電轉(zhuǎn)換和醫(yī)學成像具有重要意義!!!!

德克薩斯大學奧斯汀分校和加州大學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，將藍色光子轉(zhuǎn)換成紅色光子對，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

將硅與之配對的有機分子是一種叫做Anthracene的碳灰，基本上是煤煙。研究成果描述了一種將硅與蒽進行化學連接的方法，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，使其對不同波長的光產(chǎn)生反應。

想象一下，對于量子計算來說，能夠調(diào)整和優(yōu)化一種材料，把一個藍色光子變成兩個紅色光子，或者把兩個紅色光子變成一個藍色。它非常適合信息存儲。

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

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

通常每個光子能量只能激發(fā)單個電子，即使該光子攜帶能激發(fā)兩個電子所需的能量。半年前，麻省理工學院的研究人員發(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)出兩個電子而不是一個電子，這個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%。

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

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

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

研究人員測量了一種特殊設計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。

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

這項研究成果已經(jīng)發(fā)表在《自然化學》雜志上。