در این روش جدید، هر فوتون می تواند دو الکترون را آزاد کند و همین موضوع سبب بالا رفتن میزان بازده فرآیند می شود. در یک سلول استاندارد، هر انرژی اضافی حمل شده توسط فوتون، به صورت گرما تلف می شود، در حالی که در سیستم جدید انرژی اضافی صرف تولید دو الکترون می شود.
هیتنا: در طول چند دهه تحقیق بر روی سلول های خورشیدی، یک فرمول برای حد مطلق بازده چنین دستگاه هایی در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته و پنل خورشیدی در نظر گرفته شده است که حد بازده Shockley-Queisser نام دارد و بیان می کند که بازده نهایی تبدیل انرژی در یک اتصال منفرد نیمه هادی بهینه سازی شده هرگز نمی تواند بیش از 34 درصد باشد.
اکنون محققان MIT نشان داده اند که راهی برای پشت سر گذاشتن این حد وجود دارد، درست به همان سادگی که جنگنده های جت امروزی موفق شدند دیوار صوتی –که زمانی به عنوان حد نهایی تصور می شد- را درنوردند. نتیجه تحقیقات این گروه پژوهشی در مجله Science به چاپ رسیده است.
بنا به اظهار بالدو، پروفسور مهندسی الکترونیک در MIT ، مقدمات تئوری این کار پژوهشی از دهه 1960 شناخته شده بود. اما این ایده تا حدودی مبهم بود چرا که هیچ کس موفق نشده بود عملاً آن را پیاده کند. تیم MIT برای اولین بار، موفق به "اثبات این اصل" شد، اصلی که به "واحد شکافت اکسایتون " (singlet exciton fission) شکافت اکسایتون شناخته شده است. شایان ذکر است که اکسایتون حالت برانگیخته یک مولکول پس از جذب انرژی از یک فوتون می باشد.
در یک سلول فتوولتائیک (PV) استاندارد، هر فوتون دقیقاً با یکی از الکترون های داخل ماده PV برخورد می کند. آن دسته از الکترون هایی که سست تر هستند از طریق سیم مهار شده و قابلیت تولید جریان الکتریکی را دارند.
اما در این روش جدید، هر فوتون می تواند دو الکترون را آزاد کند و همین موضوع سبب بالا رفتن میزان بازده فرآیند می شود. در یک سلول استاندارد، هر انرژی اضافی حمل شده توسط فوتون، به صورت گرما تلف می شود، در حالی که در سیستم جدید انرژی اضافی صرف تولید دو الکترون (به جای یک الکترون) می شود.
پیش از این، برای "تقسیم" انرژی یک فوتون از نور ماوراء بنفش، که بخش نسبتاً جزئی نور خورشید در سطح زمین است، استفاده می شد؛ در حالی که این اختراع جدید شاهکاری است که برای نخستین بار با نور مرئی انجام شده است. همین اقدام می تواند راهگشای مسیر تازه ای برای کاربردهای عملی پانل های PV خورشیدی باشد.
این آزمایش با استفاده از یک ترکیب آلی به نام پنتاسن در یک سلول خورشیدی آلی انجام گرفت. با اینکه قابلیت این ماده در تولید دو اکسایتون از یک فوتون پیش از این شناخته شده بود، اما هیچ کس نتوانسته بود آن را در یک دستگاه PV برای تولید بیش از یک الکترون از هر فوتون به کار برد.
از آنجا که این آزمایش اولین بار فقط برای اثبات این اصل انجام گرفت، پژوهشگران این پروژه هنوز موفق به بهینه سازی بازده تبدیل انرژی این سیستم نشده اند و بازده فعلی آن کمتر از 2 درصد است. اما روشن است که به زودی در ادامه این تحقیقات فرآیند بهینه سازی نیز بدون هیچ مانع عمده ای به تحقق خواهد پیوست.
بالدو می گوید: " علی رغم اینکه بازده معمول پنل خورشیدی ها تجاری امروزی حداکثر 25 درصد است، بازده سلول های خورشیدی سیلیکونی که بر مبنای اصل "واحد شکافت اکسایتون " ساخته شده باشد می تواند به بیش از 30 درصد نیز برسد و این یک پیشرفت فوق العاده است. چرا که در مجموعه فعالیت های تحقیقاتی در زمینه سلول های خورشیدی، عمده تلاش پژوهشگران برای برای افزایش در رده یک دهم درصد است. "
از طرفی بازده پانل های خورشیدی را می توان با چیدمان گسترده ای از ترکیب سلول های خورشیدی مختلف نیز بهبود بخشید، اما ترکیب سلول های خورشیدی با مواد مرسوم سلول خورشیدی گران است. یکی از وعده های این تکنولوژی تازه، استفاده از پوشش های ارزان قیمت برای نمونه های تجاری سلول های خورشیدی است.