隨著新能源的不斷開發(fā)與使用，科學(xué)家們也在思考如何能夠充分利用新型能源資源，降低在使用過程中的一些不必要損耗。于是，一種用于太陽能電池新型混合材料應(yīng)運而生，使用該材料后可以讓原先被浪費的部分太陽能轉(zhuǎn)化為電能，從而大大提升了太陽能的轉(zhuǎn)換效率。
美國加州大學(xué)的Christopher Bardeen教授及其研究團隊通過一系列實驗研究后發(fā)現(xiàn)，混合分子納米晶體可以將兩種低能光子相結(jié)合產(chǎn)生一種高能光子，不僅使太陽能轉(zhuǎn)換效率達到了最大化，而且極大地降低了太陽能發(fā)電成本，這標(biāo)志著人類在太陽能電池制備領(lǐng)域邁出了重要的一步。
圖片說明：（a）當(dāng)一束綠色激光照射到包覆有機材料的硒化鎘上時，它會轉(zhuǎn)化為更高能的光；（b）而照射到包覆著其他材料的硒化鎘上時，光將直接通過。
科學(xué)家們指出，彩虹即是由不同波長的光子組成的，波長不同，其散發(fā)出的能量也不同，總的來說，光子的波長越長，能量越低，而這也為太陽能工程師們制備太陽能電池提供了靈感。太陽能電池的工作原理即是使光子與電子相互作用，將光子的能量轉(zhuǎn)化為電能。
所有的太陽能電池都有一個帶隙（導(dǎo)帶的最低點和價帶的最高點的能量之差，帶隙越大，導(dǎo)帶的電導(dǎo)率也就越低），在使用過程中，太陽能電池僅能利用能量高于帶隙的光子，而低于帶隙的光子能量卻不能得到很好的利用。這樣一來，太陽能電池對太陽光的捕獲率還不到34%，而如果能將兩種低能光子結(jié)合成一種能量高于帶隙的光子，則多余的能量就能被捕獲，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。具體來說這種轉(zhuǎn)換過程為：一個光子將其中一個電子的能量提高至激發(fā)態(tài)，而在電子變回到基態(tài)之前時會出現(xiàn)另一個光子；接著第二個光子便將電子的能量再次提高至更高的激發(fā)態(tài)，而當(dāng)電子再次變?yōu)榛鶓B(tài)時，它便將兩者的能量通過單個波長更短的光子釋放出來。
那么如何使光子發(fā)生上述轉(zhuǎn)換呢？Bardeen通過一系列實驗研究后發(fā)現(xiàn)，外表包覆有機分子紅熒烯和二苯基蒽的硒納米晶體可將近紅外光子轉(zhuǎn)化為波長為550納米的橙黃光。Berdeen說：“這種硒納米晶體吸收了兩個光子，然后將其能量傳遞給其中的有機成分，從而使有機化合物產(chǎn)生一種高能光子。簡單來說，即先由復(fù)合材料中的無機物吸收光子然后再通過有機物將其釋放出來。”Berdeen指出，通過對紅外光進行“特殊處理”，極大地提高了太陽能電池對太陽光的吸收率，使太陽能電池的電能轉(zhuǎn)換效率提升了1000倍。
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