太陽能一直被認(rèn)為是解決能源危機(jī)的關(guān)鍵，但有個問題困擾了科學(xué)家?guī)资辏含F(xiàn)在的太陽能電池效率上限是100%，這被稱為"肖克利-奎瑟極限"。最近，日本九州大學(xué)和德國美因茨大學(xué)的研究人員聯(lián)合發(fā)表在《美國化學(xué)會雜志》上的研究，打破了這個"絕對極限"，實現(xiàn)了約130%的能量轉(zhuǎn)換效率。

為什么太陽能電池效率這么低？這要從太陽能電池的工作原理說起。當(dāng)陽光照射到太陽能電池時，光子撞擊半導(dǎo)體，把能量傳給電子，電子運(yùn)動就產(chǎn)生了電流。但問題在于：低能的紅外光子能量不足，無法激發(fā)電子；而高能的藍(lán)光光子則會以熱量形式浪費(fèi)掉多余能量。這種不平衡導(dǎo)致太陽能電池只能利用大約三分之一的入射陽光。

那怎么突破這個極限呢？研究人員采用了一種叫"單重態(tài)裂變"的技術(shù)。簡單講，就是讓一個高能激子分裂成兩個能量較低的激子，從而把能量翻倍。但這里有個難題：能量容易被一種叫"福斯特共振能量轉(zhuǎn)移"的機(jī)制"偷走"。

為了解決這個問題，研究人員找到了一種基于鉬的金屬配合物，能夠有效收集裂變過程中產(chǎn)生的能量。通過精心調(diào)整能量水平，他們減少了能量損失，實現(xiàn)了對增殖激子的選擇性提取。最終，當(dāng)這個系統(tǒng)與四烯基材料結(jié)合時，成功實現(xiàn)了約130%的量子產(chǎn)率能量——也就是說，每吸收一個光子，大約能激活1.3個鉬基金屬配合物，超過了傳統(tǒng)極限。

這項研究目前還處于早期階段，研究團(tuán)隊計劃將材料集成到固態(tài)系統(tǒng)中，以改善能量傳遞，更接近太陽能電池的實際應(yīng)用。這個突破不僅對太陽能領(lǐng)域意義重大，還可能應(yīng)用于LED和新興量子技術(shù)。