美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的科學(xué)家們開發(fā)了一個(gè)光電化學(xué)原理電池，其能夠捕獲通常損失的多余光子能量，以產(chǎn)生熱量。使用量子點(diǎn)(QD)和所謂多重激子產(chǎn)生(MEG)過(guò)程，NREL研究人員能夠?qū)錃猱a(chǎn)生的外部量子效率的峰值推高到114%。該新型電池利用陽(yáng)光分解水，可以顯著地促進(jìn)氫的產(chǎn)生，比目前使用的光電化學(xué)方法效率更高、成本更低。

該研究的細(xì)節(jié)在發(fā)表于自然能源的論文中進(jìn)行了概述(“用于光電化學(xué)氫析出反應(yīng)的多重激子生成量子產(chǎn)率超過(guò)100%”)，合作者包括 Matthew Beard, Yong Yan, Ryan Crisp, Jing Gu, Boris Chernomordik, Gregory Pach, Ashley Marshall, and John Turner。他們?nèi)縼?lái)自NREL，Crisp還隸屬于科羅拉多礦業(yè)學(xué)院，Pach和Marshall隸屬于科羅拉多大學(xué)。Beard和其他NREL科學(xué)家，于2011年發(fā)表了一篇科學(xué)論文(“通過(guò)MEG外部光電量子效率峰值超過(guò)100%的”量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池”)，其首次顯示了MEG如何通過(guò)在電流中產(chǎn)生更多電子，使其多于進(jìn)入太陽(yáng)電池的光子量，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的量子效率超過(guò)100%。“這里的主要區(qū)別在于我們捕獲了化學(xué)鍵中的增強(qiáng)MEG，而不僅僅是在電流中。”Beard說(shuō)。“我們證明在太陽(yáng)電池中產(chǎn)生額外電流的相同過(guò)程也可以應(yīng)用于發(fā)生額外的化學(xué)反應(yīng)或?qū)⒛芰績(jī)?chǔ)存在化學(xué)鍵中。”太陽(yáng)電池的最大理論效率受限于可以將多少光子能量轉(zhuǎn)化為可用的電能，超過(guò)半導(dǎo)體吸收帶的光子能量將損失產(chǎn)生熱量。MEG工藝?yán)妙~外的光子能量產(chǎn)生更多的電子，從而增加更多的化學(xué)能或電能，而不是產(chǎn)生熱量。量子點(diǎn)，球形半導(dǎo)體納米晶體(直徑為2-10nm)，增強(qiáng)了MEG過(guò)程。在本報(bào)告中，通過(guò)QD內(nèi)MEG過(guò)程產(chǎn)生的多個(gè)電子或電荷載體被捕獲并存儲(chǔ)在H2分子的化學(xué)鍵中。NEL研究人員設(shè)計(jì)了一種基于硫化鉛(PbS)QD光電陽(yáng)極的電池。該光電二極管包含沉積在二氧化鈦/氟摻雜氧化錫電介質(zhì)疊層上的PbS量子點(diǎn)層。由多余電子驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)為探索太陽(yáng)能燃料的高效率方法奠定了新的方向。