美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）宣布了已證實(shí)太陽能電池上會(huì)有多激子產(chǎn)生（MEG：multiple exciton generation）現(xiàn)象的消息。在含有PbSe量子點(diǎn)的太陽能電池上，用從電極上取出的電子數(shù)與被吸收光子數(shù)之比定義的外量子效率為114±1％。詳細(xì)內(nèi)容已經(jīng)請(qǐng)參見2011年12月16日的學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》上發(fā)表的論文。這對(duì)于開發(fā)“第三代”太陽能電池技術(shù)，可謂是重要的一步。

截止目前，普通太陽能電池在光電轉(zhuǎn)換時(shí)，相對(duì)于1個(gè)被吸收的光子只能產(chǎn)生1個(gè)電子空穴對(duì)（激子）。從1個(gè)激子可獲得的最大電量取決于半導(dǎo)體材料的帶隙。因此，能量小于帶隙的光子對(duì)光電轉(zhuǎn)換起不到作用，而能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶隙的光子即使被半導(dǎo)體吸收，也只能獲得與帶隙相應(yīng)的電量。其他能量則變成熱量而喪失。這稱為“Shockley-Queisser極限”，是太陽能電池轉(zhuǎn)換效率難以提高的原因之一。

而MEG是指當(dāng)能量為帶隙2倍以上的1個(gè)光子被材料吸收時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)以上激子的現(xiàn)象。如果能夠應(yīng)用于太陽能電池，則能夠?qū)崿F(xiàn)突破原來極限的高轉(zhuǎn)換效率。如果對(duì)于某種波長(zhǎng)的光，太陽能電池的內(nèi)量子效率達(dá)到100％以上，則可證明該光發(fā)生了MEG。

此次，NREL研究人員Arthur J. Nozik的研究小組，試制出了對(duì)于能量為3.44eV的紫外線，其內(nèi)量子效率約為130％、外量子效率約為114％的量子點(diǎn)太陽能電池。由此證實(shí)了MEG可在太陽能電池中發(fā)生且能夠有效利用。Nozik于1997年首次預(yù)測(cè)MEG現(xiàn)象能在半導(dǎo)體中發(fā)生，并一直在引領(lǐng)著MEG研究（本站報(bào)道）。論文中寫道，以前也曾有研究證實(shí)太陽能電池的內(nèi)量子效率超過100％，但在電子獲取方面存在課題，因此外量子效率仍低。而此次的太陽能電池不僅內(nèi)量子效率、外量子效率也大大超過100％，“這是表明MEG發(fā)生的決定性證據(jù)”（論文）。

證實(shí)了MEG的量子點(diǎn)太陽能電池，是在玻璃基板上依次層疊作為透明電極的ITO層、40～60nm厚的ZnO層、50～250nm厚的PbSe量子點(diǎn)層及Au電極而制成的。PbSe量子點(diǎn)是在化學(xué)溶液中制作的。內(nèi)量子效率130％，是太陽能電池帶隙為0.72eV時(shí)，與能量為3.44eV（波長(zhǎng)約為360nm）的紫外線區(qū)域光子的比值。據(jù)稱，可計(jì)算出，MEG本身約為帶隙的2.6倍、即約1.9eV以上（波長(zhǎng)約為653nm以下）的可見光也能夠發(fā)生。