硅太阳能电池中实现稳定“单线态裂分”效应

澳大利亚新南威尔士大学研究团队在太阳能技术领域取得重要突破：他们找到一种稳定的有机材料，可在硅太阳能电池中实现“单线态裂分”效应。这项可将阳光“一分为二”的新技术，有望显著提升光电转换效率。相关成果发表于新一期《ACS能源快报》。

“单线态裂分”是一种独特的物理过程，能让一个光子分裂成两个能量包，相当于把阳光的能量“分拆使用”，从而把原本以热形式浪费的光能转化为额外电力。研究团队表示，通过在硅电池表面叠加一层超薄有机分子层，入射的高能光子可在该层内发生裂分，生成两个低能激发态，并向下方的硅层注入更多电荷，显著提高电流输出。

目前，大多数商业化硅太阳能电池的最高转换效率约为27%，理论上限为29.4%。高能光子（如蓝光）的能量常被浪费为热。引入“单线态裂分”机制后，这部分损耗的能量可被重新利用，理论效率有望提升至45%。

此前国际研究团队曾用四苯等分子实现裂分，但材料稳定性不足。此次团队采用了双吡咯并萘啶酮（DPND），这种工业颜料类有机材料具备优异耐久性，能在空气和潮湿环境下长期稳定工作。研究已证明，DPND可与硅电池兼容，实现能量倍增。

团队表示，这是首次在硅材料上用基于工业颜料的稳定有机分子实现单线态裂分。这些颜料在汽车涂料等领域已广泛使用，说明其化学稳定性足以满足长期户外应用。该技术可通过在现有硅电池上“刷”上一层新材料实现集成。（科技日报记者 张佳欣）