據(jù)報(bào)道，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員今年年初宣布采用量子點(diǎn)材料制造出了外量子效率(EQE)超過100%的太陽電池，從而證實(shí)了多激子產(chǎn)生(Multiple Exciton Generation，MEG)效應(yīng)對(duì)未來高效太陽能電池研究的意義。


NREL的測(cè)試結(jié)構(gòu)包括抗反射鍍膜玻璃、透明導(dǎo)電層，納米結(jié)構(gòu)氧化鋅層和經(jīng)過乙二硫醇和肼處理的硒化鉛量子點(diǎn)層。這項(xiàng)研究是量子點(diǎn)太陽電池的外量子效率首次突破100%。由于未經(jīng)優(yōu)化，電池轉(zhuǎn)換效率僅達(dá)到4.5%。雖然效率相對(duì)較低，但在該太陽電池光電流中展示了多激子的生成仍然具有重要意義，這一結(jié)果為提高太陽電池效率開辟了一條新的路徑。

外量子效率為指單位時(shí)間內(nèi)從太陽電池產(chǎn)生的電子數(shù)量與單位時(shí)間內(nèi)照射在太陽電池表面光子數(shù)量的比值。NREL的電池對(duì)能量3.5eV的光子外量子效率為114%。量子效率超過100%，意味著太陽電池吸收單個(gè)高能光子，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)激子，即所謂的多激子產(chǎn)生效應(yīng)。在傳統(tǒng)晶硅太陽能電池中，高能光子高于半導(dǎo)體材料帶隙的能量部分將以熱量(聲子)的形式散失，這是限制傳統(tǒng)電池理論效率的主要因素之一。量子點(diǎn)材料可以將載流子限制在其微小體積內(nèi)，通過產(chǎn)生多個(gè)激子，充分利用高能光子的能量，從而大大提高效率，將光子轉(zhuǎn)化為更多電能。

目前國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也開始了對(duì)多激子產(chǎn)生的研究，南京大學(xué)微納光學(xué)與超快光學(xué)實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“半導(dǎo)體納米材料的多激子產(chǎn)生研究”獲90萬元資助，而臺(tái)灣大學(xué)嚴(yán)慶齡工業(yè)研究中心也在進(jìn)行多激子效應(yīng)量子點(diǎn)高分子太陽能電池的研究。此外，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所材料科學(xué)中心的曾一平研究員和武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室(籌)的唐江教授也分別就此問題發(fā)表過綜述文章。