如果太阳能电池可以产生更多的电力，太阳能将更加便宜。一个化学小组已经在这方面取得了巨大的收益，他们已经找到了一个提高太阳能转换效率的巧妙方法。研究人员将无机半导体纳米晶和有机分子结合在一起，在太阳光谱的可见光及近红外光区内获得“上转换”光子。

图为含有硒化镉/红荧烯的上转换材料。黄点为红荧烯发光所致，(a)未聚焦的800 nm激光连续波，强度为300 W/cm2，(b)聚焦的980 nm激光连续波，强度为2000 W/cm2。图片由iPhone5拍摄而成，未经任何处理。（图片来源：Zhiyuan Huang, UC Riverside）

安装太阳能电池时，人工及土地成本占了大部分的支出。太阳能电池（通常由硅或碲化镉构成）的支出占总成本不足20%。如果需要的土地更少，最好是太阳能电池能够产生更多的电力，这样的话太阳能将更加便宜。

加州大学河滨分校的一个化学小组已经在这方面取得了巨大的收益，他们已经找到了一个提高太阳能转换效率的巧妙方法。相关结果发表于《纳米快报》（Nano Letters）期刊上，研究人员将无机半导体纳米晶和有机分子结合在一起，“成功”在太阳光谱的可见光及近红外光区内获得“上转换”光子。

“太阳光谱的红外光区正好穿过目前太阳能电池所使用的光伏材料。”化学教授Christopher Bardeen这样解释。这项研究是他与化学系助理教授Ming Lee Tang合作完成的。“这就是能量损耗，不管你的太阳能电池有多好。我们提出的这种杂化材料首先捕获2个红外光子（通常红外光子会穿过太阳能电池，而不转换成电），然后将其能量叠加在一起，产生一个具有更高能量的光子。这种上转换光子能被光伏电池吸收，从而将光转换成电，减少浪费。”

Bardeen补充说，这些材料基本上是“重塑太阳光谱”，从而使其更好的匹配目前太阳能电池中所使用的光伏材料。利用太阳光谱中的红外光能够提高太阳能光伏效率30%以上。

实验中，Bardeen和Tang研究了硒化镉和硒化铅半导体纳米晶。用于杂化的有机化合物为二苯基蒽和红荧烯。硒化镉纳米晶能将可见光波长转换至紫外光子，而硒化铅纳米晶能将近红外光子转换至可见光子。

实验中，研究人员将980 nm的红外光应用到杂化材料上，从而产生了上转换的550 nm的橙/黄荧光，其能量接近2倍于入射光。研究人员通过将有机配体涂覆在硒化镉纳米晶上，可提高这种上转换过程达3个数量级，从而获得更高的效率。

“550 nm的光能被所有的太阳能电池材料所吸收。”Bardeen说，“该研究的关键在于杂化复合材料——无机半导体纳米颗粒和有机化合物。有机化合物不能吸收红外光，但能够将2个低能量的光子结合成1个更高能量的光子。使用这种杂化材料，无机组分吸收2个光子，并将其能量传递给有机组分。有机化合物再产生1个高能量的光子。简而言之，无机化合物吸收光，而有机化合物产生光。”

除了太阳能，这种将2个低能量光子上转换成1个高能量光子的能力在生物成像、数据存储以及有机发光二极管等领域也具有潜在应用价值。Bardeen强调说该研究可能具有广泛的影响。

“将某一波长的光转换成更加有用的另一波长，例如由红光转换成蓝光，可以影响那些涉及到光子输入或输出的任何技术。”

该研究获得美国国家科学基金会和美国陆军的大力资助。

该研究论文的作者如下：Zhiyuan Huang (第一作者), Xin Li, MelikaMahboub, Kerry M. Hanson, Valerie M. Nichols和Hoang Le.

Tang的团队对实验设计提供帮助，并提供了所需的纳米晶。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜   校正：摩天轮