雖然研究人員一直在穩(wěn)步提高太陽能電池的發(fā)電量，但他們卻面臨根本的限制，這是因為物理學(xué)涉及到把光子轉(zhuǎn)換為電子，而且是在半導(dǎo)體材料中進行的。現(xiàn)在，美國懷俄明大學(xué)（University of Wyoming）研究人員已證明，采用被稱作量子粒（quantum dots）的新型納米材料，有可能超越這些極限，生產(chǎn)超效能太陽能電池。

　　太陽能電池的理論限度離不開數(shù)量上大幅度變化的陽光光子能量。其數(shù)量變化取決于光的顏色。無論接收到的光子多么充滿活力，太陽能電池僅能把一個光子轉(zhuǎn)換成一個電子，而且是以既定數(shù)量的能量。任何多余能量都會散失為熱量。科學(xué)家們假設(shè)，量子粒因其不尋常的電子屬性，可以把一些多余能量轉(zhuǎn)換為電子。他們估計，這個方法可以使太陽能電池效率的理論最大值提高大約50%.

　　最初測試這個想法是很令人鼓勵的，但沒有結(jié)論。研究人員們無法直接測量多余的電子，因為這些電子存在時間太短暫，無法使它們離開材料進入電路。懷俄明大學(xué)研究人員所取得的關(guān)鍵進步，是改進了量子粒及其所附著的二氧化鈦電極的表面化學(xué)，創(chuàng)造了一種強有力的連接，使電子可以逃離量子粒，時間只有短短的萬億分之（trillionths）幾秒。這是第一次，研究者能夠直接測量太陽能電池中多余電子的生產(chǎn)。

　　這一進展是很重要的，原因有兩個。首先，它表明，有可能使用多余電子促進產(chǎn)生電流，這是必要的，如果這些電子要在太陽能電池中有任何作用的話。第二，測量表明，量子粒可更有效地產(chǎn)生多余電子，超過一些研究者的想象，對某些波長的光而言，其效果大約是三倍，如果研究結(jié)果準確的話，伊蘭-拉班尼（Eran Rabani）說，他是特拉維夫大學(xué)（Tel Aviv University）化學(xué)教授。然而，這個性能仍不足以制造超效能太陽能電池，他說。布魯斯-帕克孫（Bruce Parkson）是懷俄明大學(xué)化學(xué)教授，領(lǐng)導(dǎo)這項工作，他對此表示同意。“這不是最理想的。這只是第一步，”他說。

　　仍然存在兩大障礙，要不這一技術(shù)就可以用來制造超效能太陽能電池。帕克孫使用硫化鉛量子粒和水晶二氧化鈦電極，研究人員們需要嘗試量子粒和電極材料的其它組合，以發(fā)現(xiàn)一些組合，可以把更多光子轉(zhuǎn)換成許多電子。帕克孫說，他的新方法用于制造量子粒太陽能電池，有助于他們直接測試其他一些組合。

　　研究人員們還需要提高量子粒太陽能電池所能吸收的光的總量。在實驗電池中，量子粒層太薄，大多數(shù)光線透過都不會被吸收。帕克孫說，下一步可能就是使量子粒附著于一種多孔材料，這種材料具有較大的表面積，這就會使它們有更多的機會吸收光，同時還使電子可以很快逃離。