利哈伊（Lehigh）大学的研究人员开发了一种材料，该材料证明了大幅提高太阳能电池板效率的潜力。
使用该材料作为太阳能电池活性层的原型表现出80%的平均光伏吸收率、高的光激发载流子产生率和高达前所未有的190%的外部量子效率——这一指标远远超过了硅基材料的理论肖克利-奎塞效率极限，并将光伏量子材料领域推向了新的高度。
物理学教授Chinedu Ekuma说：“这项工作代表着我们对可持续能源解决方案的理解和开发的重大飞跃，突出了在不久的将来可以重新定义太阳能效率和可及性的创新方法。”他与利哈伊博士生Srihari Kastuar在《科学进展》杂志上发表了一篇关于该材料开发的论文。
这种材料的效率飞跃很大程度上归因于其独特的“中间带态”，即位于材料电子结构内的特定能级，使其成为太阳能转换的理想选择。
这些状态的能级在最佳子带隙（材料可以有效吸收阳光并产生电荷载流子的能量范围）内，约为0.78和1.26电子伏特。
此外，该材料在电磁光谱的红外和可见光区域具有高水平的吸收，表现特别好。
在传统的太阳能电池中，最大EQE为100%，表示从阳光中吸收的每个光子产生和收集一个电子。然而，在过去几年中开发的一些先进材料和配置已经证明了从高能光子中产生和收集多个电子的能力，即EQE超过100%。
虽然这种多激子产生（MEG）材料尚未广泛商业化，但它们有可能大大提高太阳能系统的效率。在利哈伊开发的材料中，中间带态能够捕获传统太阳能电池损失的光子能量，包括通过反射和产生热量。
研究人员利用“范德华间隙”开发了这种新型材料，范德华间隙是层状二维材料之间的原子小间隙。这些间隙可以限制分子或离子，材料科学家通常使用它们插入或“插入”其他元素来调节材料特性。
为了开发他们的新材料，利哈伊研究人员在由硒化锗（GeSe）和硫化锡（SnS）制成的二维材料层之间插入了零价铜原子。
计算凝聚态物理学专家Ekuma在对系统进行广泛的计算机建模证明了理论前景后，开发了原型作为概念验证。
他说：“它的快速响应和提高的效率有力地表明了Cu嵌入GeSe/SnS作为量子材料在先进光伏应用中的潜力，为提高太阳能转换效率提供了途径。”。“这是开发下一代高效太阳能电池的一个很有前途的候选者，将在满足全球能源需求方面发挥关键作用。”
尽管将新设计的量子材料集成到当前的太阳能系统中还需要进一步的研究和开发，但Ekuma指出，用于制造这些材料的实验技术已经非常先进。随着时间的推移，科学家们已经掌握了一种将原子、离子和分子精确插入材料中的方法。