科学家们始终在努力突破太阳能电池效率的极限——即现有阳光中有多少能被转化为电能——而一项新技术的应用已使这一效率达到了惊人的 130%‘量子产率’。

重要的是要指出，这属于量子层面的能量回馈，因此我们并非在谈论太阳能电池板能够以 130% 的效率将太阳能转化为电能。然而，这一突破在于系统每吸收一个光子时特定事件发生的频率有所提升，从而实现了效率的提升。

为了突破 100% 的障碍，这一新方法将单个入射光光子所获取的能量一分为二，进而为接收材料中的两种激发态（即所谓的激子）提供能量。

这一过程被称为单线态裂解。正如这项研究的国际团队所解释的那样，它能够防止多余的能量以热的形式散失。这种散失是太阳能电池整体效率通常在 33% 左右达到极限的原因之一，这一限制被称为肖克利-奎瑟极限。

“我们拥有两种主要策略来突破这一限制，”来自日本九州大学的化学家佐佐木雄一说道。“一种是将较低能量的红外光子转化为较高能量的可见光子。另一种则是我们在此所探讨的，即利用单线态分裂技术从单个激子光子生成两个激子。”

研究人员利用一种名为四苯的有机分子作为此处的分裂材料，通过它可实现单线态裂变过程。该分子的特性使其适合通过电子激发将一个高能包络分解为两个低能包络。

单线态裂解并非一个全新的概念，不过它只是整个问题中的一个方面。此前实验中的一大难点在于，在能量损耗或转移至别处之前，如何给予单线态裂解足够的时间使其发挥作用。

这正是金属元素钼发挥作用的地方，它再次被选择是因为其独特的特性。通过将钼与四苯混合，研究团队得以捕捉到钼化合物中分裂出的激子。

在最微小的量子层面上，钼扮演着一种被称为“自旋翻转发射器”的角色。它首先锁住能量，接着利用量子自旋翻转将无形状态转化为光。这一过程为研究团队带来了突破性成果：每吸收一个光子，便有 1.3 个基于钼的金属复合物被激发。

佐佐木表示：“这种能量在发生倍增之前，很容易被一种名为 Förster 共振能量转移（FRET）的机制‘窃取’。”

因此，我们需要一种能量接受器，能够有选择性地捕捉分裂后产生的倍增三重激发态

有必要再次强调，这些只是初期的实验室试验。接下来的步骤是将此处使用的液态溶液转化为一种固态形式，使其能够可靠而有效地适配于太阳能电池板。研究人员自己也承认，这将是一项颇具挑战性的任务。

此外还存在一个问题，即钼络合物附着在能量上并保持足够长的时间以使其具备实用价值，以及最初如何捕捉到这些能量。这种“衰变过程”也是本研究所探讨的内容之一。

然而，这些未来的实际关切不应掩盖这项研究的兴奋之处：它显然为研发能够超越当前效率极限的太阳能电池板开辟了一条道路。此外，这项概念验证方案有多种方式可供后续调整与试验。

鉴于太阳能是降低我们对化石燃料的依赖、减缓气候变化的关键手段，大幅提高太阳能电池板的转换率可能会对能源行业产生革命性影响——尤其是当其与新型能源存储机制结合使用时。

研究人员在他们的论文中写道：“这项工作代表着朝着开发激子/光子放大材料方向迈出的重要一步，通过将单线态分裂材料与过渡金属配合物相结合，拓展了单线态分裂技术的应用范围，超越了传统局限。”