美国研究人员设计了一种新的硅太阳能电池方案，通过改变钝化层材料，可以将硅电池的能量转换效率上限从目前的29%提高到35%。麻省理工学院(MIT)近日发布公告称，这种新型电池是由其工作人员和美国普林斯顿大学等机构共同设计的。它利用单线态激子裂变的原理，加强对高能光子能量的利用。
在太阳能电池中，光子激发材料分子释放电子，产生电流。通常一个光子只能激发一个电子，高能光子的剩余能量会以热量的形式损失掉。
此前发现，在并四苯等一些有机材料中，一个分子吸收一个高能光子后，部分能量可以转移到另一个分子中，最终产生两个电子。这种现象被称为“单线态激子裂变”。理论上，在硅电池上覆盖一层并四苯，可以用一个高能光子获得两个电子，但如何将单重态激子裂变产生的两个电子转移到硅中是一个关键问题。
为了保证电池的效率和耐久性，硅材料必须具有表面钝化层。并四苯中产生的电子必须穿过钝化层才能到达硅材料。相对于电子转移能力，目前的钝化层太厚。
新方案的关键是用氮氧化铪钝化硅材料。钝化层的厚度只有0.8纳米(1纳米等于十亿分之一米)，可以让更多的电子通过。结果表明，并四苯每吸收一个光子，平均有1.3个电子可以穿过氮氧化铪钝化层转移到硅材料上。
相关论文已发表在英国杂志《自然》上。研究人员表示，新电池的效率远未达到理论极限，需要提高，但实验证明关键步骤是有效的。该方案不引入复杂的设计，并且可以使电池整体更薄。
