太陽能電池很挑剔。如果入射光子的能量太低，電池就不會吸收它。如果光子的能量太高，多餘的能量就會以熱量的形式浪費掉。無論如何，矽太陽能電池永遠無法從單個光子中產生超過一個電子。如此苛刻的量子現實嚴重限制了光伏電池的轉換效率，科學家們為此花費了數十年的時間來尋找替代方案。
現在，麻省理工學院激子中心的研究人員發表了一個令人信服的案例，表明提高太陽能效率的關鍵可能是一種名為並五苯的有機染料。在今天的《科學》雜誌中，丹尼爾·康格里夫、李濟也、尼古拉斯·湯普森、馬克·巴爾多和其他六人展示了基於並五苯的光伏電池可以從單個光子中產生兩個電子——在相同量的陽光下產生更多的電力。科學家們早就懷疑這可能奏效；今天的論文是概念證明。
關鍵是一種稱為單線態激子裂變的現象，其中到達的光子產生兩個“激子”（激發態），可以使其產生兩個電子。之前的研究人員已經使用量子點（行為類似於原子的微小物質）和深紫外光完成了類似的技巧。“我們在這裡展示的，”巴爾多說，除了使用可見光，“是[這個過程]在有機材料中非常非常有效地工作。”
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為什麼它能起作用仍然不是很清楚，而且目前，並五苯電池只能在極窄的可見光波段工作。但巴爾多說，應該有可能為矽太陽能電池建立一種並五苯塗層，將總轉換效率從現在的25%提高到略高於30%——這是一個顯著的飛躍。開發這項技術是顯而易見的下一步。“我們能否將這種東西作為塗層應用於矽材料？”巴爾多說。“如果我們可以做到這一點，它將對太陽能電池技術產生相當大的影響。”