传统的硅基太阳能电池在整体效率上有绝对的限制。理论上，光的单个光子应该只能使单个电子变得松散，即使光子具有两倍于此所需的能量。然而，研究人员提出了一种新技术，可以帮助他们用高能光子敲除两个电子，而不是一个。
这些发现已经发表在《自然》杂志上，为更有效的太阳能形式铺平了道路。传统的硅动力电池提供了几乎29.1%的太阳能转换的绝对理论最高效率。麻省理工学院和其他组织的研究人员多年来开发的新方法将能够超越这一限制。
该项目的电气工程和计算机科学教授马克·巴尔多(Marc Baldo)在一份新闻稿中说，用一个光子击出两个电子的关键来自一种材料，这种材料具有被称为激子的“激发态”。他说:“这些能量包就像电路中的电子一样四处传播。你可以用它们来改变能量——你可以把它们切成两半，也可以把它们结合起来。”
研究人员首先执行了一个被称为单线态激子裂变的过程。这使得阳光中的光子被分裂成两个独立的、独立移动的能量包。这种材料吸收一个光子并形成一个激子，该激子裂变成两个激发态。每个原子都有原来能量的一半。科学家们真正的壮举是他们能够将这种能量耦合到硅中——一种绝对不是激子的材料。这是通过在硅树脂表面添加一层薄薄的氧化氮化铪中间层来实现的。所述层的厚度仅为几个原子。
巴尔多说，这是兴奋状态之间的一座“很好的桥梁”。这使得单个高能光子在硅电池中击出两个电子成为可能。从理论上讲，这使得该团队能够从从阳光中接收到的能量中获得更高的输出。目前，太阳能电池产生的新理论功率为35%。
根据Baldo的说法，研究人员还剩下一步，“我们仍然需要优化这个过程中的硅电池。“研究团队需要在电池的耐用性方面进行稳定工作，并对其进行优化，以与新方法兼容。”
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