虽然说硅晶太阳能是目前光电技术的当红炸子鸡，但它仍无法将所有的光转换成电，当光子能量小于硅的能隙时，硅电池就无法吸收这些光子，使得硅晶太阳能转换效率到 29% 即触顶，不过美国麻省理工团队已找出解决办法，有望将理论转换效率提高到 35%。
基本上人们无法找到能 100% 转换所有光的材料，根据太阳能领域闻之色变的萧基‧奎伊瑟极限（Shockley-Queisser limit )，半导体无法吸收能量小于自身能隙的光子，即使光子能量大于能隙，半导体吸收光子后还是只能产生跟自身能隙一样的能量，其他能量会以热的形式散失。
因此不管用什么材料来制成太阳能电池，转换效率都无法达到 100%，最高也只能转换 33.7% 太阳光。不过最近麻省理工团队已找到办法攻克硅晶太阳能的极限，或许能将转换效率突破 29%。
通常当光子被电池吸收时，其中的 PN 接面会产生电子电洞对（electron-hole pair，也称为激子），在内建电场的作用下，受到刺激的电子和失去电子的电洞会朝相反方向移动，进而产生电流与电压。
而麻省理工团队希望能透过量子力学中的单重态激子分裂（singlet exciton fission），让激子在吸收到光子之后从一分裂成二、进而产生多个三重态激子（triplet exciton），使高能量光子可产生两对电子电洞对。
▲ 单重态激子裂变的示意图。（Source：麻省理工）
在这实验中，如何产生单重态激子裂变？如何让硅晶太阳能吸收到更多的光？这些都是重点。团队首先选择有机物并四苯（tetracene）来进行研究，从过去的实验，麻省理工团队已得知四苯含不仅含有三重态激子，还可以吸收光蓝绿光波长，使硅层能吸收能量较低的光子。
至于并四苯与硅晶太阳能电池之间的“桥梁”，他们则透过氮氧化铪（hafnium oxynitride）来制成钝化层（passivation layer），其中钝化层主要是用来改善光吸收与鉴结稳定度，科学家可以透过沉积技术来控制氮氧化铪钝化层的厚度，最终也成功制造出 0.8 奈米厚的钝化层。
（Source：nature）
麻省理工电机工程与电脑科学教授 Marc Baldo 表示，虽然它只有薄薄一层，但它对于激发态分子来说是个“完美的桥梁”，能让蓝光与绿光等高能光子变成三重态激子，释放两个电子到硅晶太阳能中，进而提高能量产出。
Baldo 总结，简单来说，这可以提高太阳能转换效率，从理论的最高点 29% 提升到 35%。团队研究也指出，三重态激子可透过氮氧化铪转移到下方的硅太阳能电池中，也不需要额外的电触点或是改变制程，激子产率（exciton yield）更高达 1.3。
麻省理工实验也指出，约有 76% 的三重态激子可透过钝化层转移到硅太阳能电池，单重态激子的转移率则为 56%，未来则会致力于降低单重态激子的转移比例，也希望能提高并四苯单重态裂变的速度，进一步最佳化研究与开发，预估还需要几年才能商业化。目前研究已发表在《nature》。
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（首图来源：Flickr/Chris Ballance CC BY 2.0）
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