美国的研究人员们证明了一项新技术，使用量子点将红外光子转换成可见光。这项技术得以实现通过被称为三重态-三重态湮没的过程，并有可能让半导体捕获到能量低于能带隙的光子，提高太阳能电池的能量效率。研究人员相信，还具有在生物成像或红外摄像机的应用。

硫化铅量子点吸收红外线并将能量转移到邻近dibenzotetraphenylperiflanthene

掺杂的红荧烯层，进而发出可见光

(图片来源：Nature出版集团)

单结光伏电池的效率在理论上受到Shockley-Quiesser极限制约，规定捕获的太阳光只有大约33.7%转换为电能。其余丢失的部分主要是因为p-n结只能产生单一能量的激子，这与半导体价带和导带中的电子能量不同。低于这个能量的光子不能产生激子，因此它们只是直接通过这个活性层。多结太阳能电池可捕获更大比例的能量，但这些很难生产而且很昂贵。

一种潜在的解决方案是上转换，通过在活性材料后有机层捕获能量低于带隙的光子，生成三重态激子。光不能直接有效地生成三重态激子，所以通常添加感光剂，当它吸收光子，将三重态激子释放到有机层。两个这种三重态激子然后湮灭形成一个更高能量的单重态激子，再发射高能光子回到活性物质中。

北卡罗来纳州立大学无机化学家FelixCastellano研究小组之前的研究集中于有机金属感光剂，获得了较高的效率，但也有一些问题。首先，最有效的上转换系统不稳定，这种制备在商业太阳能电池中并不受欢迎。其次，他们到目前为止还无法上转换超过830nm的波长，这将严重地限制它们在太阳能电池中的使用。

成功的湮灭

在新的研究中，麻省理工学院的Mark Wilson和他的同事们使用一种固态结构，由80 nm厚红荧烯掺杂dibenzotetraphenylperiflanthene的感光剂构成，被硫化铅量子点覆盖，吸收峰在850nm、960 nm和1010 nm。然后，研究人员用波长为808nm的激光激发该层，发现它在可见光谱内发光。他们得出的结论：表明量子点在红荧烯中激发三重态激子，并且成功地湮灭。

Castellano谨慎地认为：“对于概念验证，这是一个很好的例子，你可以利用分子干扰的半导体纳米材料将近红外光上转换成可见光，”他说。这个挑战，他相信，将是确定三重态激子可以足够快速地穿越固体材料，遇到其他三重态激子并湮灭，在它们衰变成热量之前。目前，只有约1%的激发态量子点实际上能够通过并释放上转变光子，尽管研究者正努力进行优化。

德国马克斯普朗克聚合物研究所固态有机化学家Gerhard Wegner说，直到把激子从感光剂产生到湮灭的过程细节弄清楚，否则低效率可能仍然是一个绊脚石。“我认为，如果一项突破到来，它将来自理论。

Wilson接受最大化效率的需要，在这项技术为光电效应带来实质性的贡献之前，但他相信在那之前，这项技术对于简单地探测光可能是有用的。例如，自动驾驶汽车，为了在黑夜和雾中看得更好，通常使用红外摄像机。“如果我们可以实现，我们可以使用10美元(£6.6)的iPhone摄像头替代20000美元导弹摄像头，真正地改变汽车价格，”他说。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮