2025年5月22日，美国麻省理工学院（MIT）的科研人员展示了一种新型硅基太阳能电池概念，通过引入单线态激子裂变（SF）效应，突破传统光伏器件的量子效率极限，为提升太阳能转换效率开辟新路径。
单线态激子裂变是指单个光子被吸收后可产生两个电子-空穴对的量子效应，理论上能使电池效率显著提升。然而，该效应与硅基器件结合存在一定挑战。MIT科研人员设计了一种基于氧氮化铪（HfOxNy）薄膜的界面层，实现了激子裂变材料（如并四苯）与硅之间的电荷载流子顺序转移，而非同时转移，从而避免了电荷复合问题。研究人员还通过添加氧化铝钝化层和锌酞菁电子供体层，进一步优化了载流子传输效率。实验显示，在并四苯层中每吸收一个光子的峰值电荷产生效率达138%，显著超过传统硅电池的量子效率上限。尽管当前效率尚未达到商用水平，但该设计在不同光照条件下展现出单结器件的稳定性和简单性，有望与钙钛矿/硅叠层电池技术竞争。
值得关注的是，MIT团队早在2019年和2023年已围绕激子裂变开展相关探索，此次研究进一步验证了该技术路线的潜力。目前，全球光伏研发正聚焦于叠层电池和新型材料，MIT的“单线态激子裂变+硅”方案因其独特的物理机制和单结构优势，被视为下一代高效电池的重要竞争者。
