硅晶太阳能除了是当今太阳光电主要技术，还是让再生能源成本可与传统发电厂一较高下的背后功臣，但是在大规模商业化的情况下，其光电转换效率难以再突破，如今德国科学家提出一项解决方案，将有机分子层与太阳能电池相结合，透过量子力学理论来分裂光子能量，让面板可加倍吸收绿、蓝光，进而提升 5-10% 输出功率，更有望制造出理论效率达 40% 的太阳能电池。
太阳能电池结构基本上由 P 型与 N 型半导体接合而成，这种结构称为 PN 接面。当电池吸收阳光时，PN 接面会产生电子电洞对（electron-hole pair），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。
简单来说，太阳光电的发电原理就是利用太阳电池吸收一定波长的太阳光，再将光能直接转变成电能。只不过由于硅晶物理材料特性，硅晶太阳能电池光转换效率理论极限仅达 29.3%，且市面上转换效率也已达 20%~22%，发展空间相当有限。
对此德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心（HZB）研究员 Klaus Lips 教授提出全新的解决方案，希望可透过有机晶体的单重态激子分裂（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荷载子。
不过要具现化假设也不是容易的事情，这项机制不仅与量子力学相关，该技术主要挑战更在于如何让三重态激子在硅 PN 接面分裂，若能成功解决该难题，将有助于提高太阳能电池的电流量。
（Source：HZB）
HZB 研究员首先透过光谱研究在有机物并四苯（tetracene）检测出单重态激子裂变的特征──发现并四苯含有三重态激子，因此他们将 100nm 厚的并四苯晶体层整合到硅太阳能电池表面，Lips 教授表示，该挑战在于如何在硅接面将三重态激子分裂，若把导电性较差的有机层与硅层相接，这可能会使电池流量下降。
为此团队进一步在并四苯层上方添加电导聚合物 PEDOT：PSS，有效在接面分裂三重态激子，成功打造出并四苯-硅太阳能电池。实验也指出，并四苯可吸收光蓝绿光波长，能量较低的光子则可被硅层吸收。研究员则估计，并四苯层中的三重态激子可提升电池输出功率 5%~10%，更有望制造出量子效率高达 200% 的硅太阳能电池，其理论光电理论效率甚至高达 40%。
Lips 指出，团队已透过新型太阳能结构证明该方式有效，也知道如何将三重态激子生成效率提升 200%。有鉴于研究初步有成、更成功找出不会妨碍电池性能的有机层，团队将继续进行后续实验，目前研究已发表在《Materials Horizon》。
- Boosting the efficiency of silicon solar cells
（本文由 EnergyTrend 授权转载；首图来源：Flickr/ESA_events CC BY 2.0）
