現(xiàn)在，基于硅技術(shù)的太陽能電池已經(jīng)接近其效率極限，世界各地的研究人員都在尋找替代技術(shù)來進一步提高太陽能電池的效率。AMOLF和劍橋大學(xué)的物理學(xué)家已使用建模技術(shù)來比較兩種有前途的技術(shù)：單重裂變光子倍增器和串聯(lián)太陽能電池。盡管潛在的效率提高幾乎相等，但單線態(tài)裂變光子倍增器卻在不同的天氣條件下更加穩(wěn)定。同樣，單線態(tài)裂變光子倍增器不需要對硅技術(shù)進行修改，這意味著它甚至可以用于改進現(xiàn)有的太陽能電池。研究人員在ACS能源快報中發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

在過去的20年中，實驗室生產(chǎn)的創(chuàng)紀(jì)錄的硅太陽能電池的效率僅提高了2%，并且在未來幾年將很難做出進一步的改進。主要原因是常規(guī)太陽能電池浪費了大部分入射陽光。硅技術(shù)根本無法將所有陽光轉(zhuǎn)化為電能，因為硅僅吸收部分太陽光譜。同樣，光譜中藍色部分的高能光子無法有效轉(zhuǎn)換，它們在太陽能電池中產(chǎn)生多余的熱量。

在AMOLF研究所，由Bruno Ehrler領(lǐng)導(dǎo)的混合太陽能電池小組研究了有機半導(dǎo)體的特性，以克服無機(硅)太陽能電池的局限性。博士說：“有兩種有希望的策略可以極大地改善太陽能電池。” 學(xué)生Moritz Futscher。“第一種基于混合鈣鈦礦材料和硅的組合的串聯(lián)太陽能電池技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，并且受到了世界各地研究人員的廣泛研究。我們也研究鈣鈦礦，但我們也是其中的一種很少有研究小組研究第二種技術(shù)，該技術(shù)利用了稱為單重態(tài)裂變的過程。”

單重態(tài)裂變是僅在有機半導(dǎo)體中發(fā)生的過程。當(dāng)吸收高能光子時，會產(chǎn)生稱為單重態(tài)激子的高能粒子。該單重態(tài)激子轉(zhuǎn)換成兩個三重態(tài)激子，每個三重態(tài)激子的能量約為單重態(tài)激子的一半。“通過這種方法，我們從一個高能光子中創(chuàng)建了兩個低能光子。然后，這些光子通過量子點(由半導(dǎo)體制成的微小粒子)發(fā)射到下面的太陽能電池中，” Futscher解釋說。“通過這種方式，單重態(tài)裂變可以作為光子倍增器。”

Futscher和他的同事在理論上將單線態(tài)裂變光子倍增器與串聯(lián)型太陽能電池進行了比較，后者在實際天氣條件下使用鈣鈦礦和硅的組合。Futscher說：“我們知道串聯(lián)太陽能電池在陽光充足的地區(qū)工作得很好，但是在天氣條件波動的地區(qū)表現(xiàn)不佳。因此我們考慮了天氣和太陽光譜，” Futscher說。“我們發(fā)現(xiàn)單線裂變光子倍增器和硅太陽能電池的組合與鈣鈦礦與硅(串聯(lián))的組合一樣有效。但是，在荷蘭發(fā)現(xiàn)的多變的天氣條件下，單線裂變光子倍增器證明是更穩(wěn)定的選擇。”

基于單線裂變的太陽能電池與串聯(lián)太陽能電池一樣可能工作，甚至在某些情況下甚至更好，這一事實使它成為非常有趣的替代方案。“這些光子倍增器很容易制造。它基本上是一塊薄塑料箔，可以放在現(xiàn)有太陽能電池的頂部。太陽能電池技術(shù)本身不需要改變，” Futscher說。“盡管該技術(shù)最適合最新的太陽能電池，但這種單線態(tài)裂變箔甚至可以改善所使用的硅太陽能電池的性能，尤其是在荷蘭我們面臨的氣候條件變化的情況下。”