研究人員最近正式打破了太陽能轉換的物理極限。由九州大學和美因茲約翰內斯·古騰堡大學（JGU）組成的聯合團隊，利用一種革命性的自旋翻轉發射器，成功實現了 130% 的量子產率，這有效證明了一個太陽能系統可以產生比其吸收的光子數量更多的能量載體。
多年的時間裡，太陽能技術受到 Shockley–Queisser 限制的阻礙。在傳統的太陽能電池中，過程類似於接力賽：一個光子撞擊半導體並激發一個電子。來自高能光子的多餘能量（例如藍光）通常會作為浪費熱量流失。這種新方法利用了單重激發（Singlet Fission, SF）技術，這被稱為夢想技術，來繞過這一限制。在 SF 中，單個高能單重激發子被分裂成兩個低能三重激發子。理論上，這使得一個光子可以發揮兩個光子的作用。
儘管單重激發的概念並不新穎，但捕捉這些倍增的激發子卻幾乎不可能。通常，名為 Förster 共振能量轉移（FRET）的過程會在收集能量之前搶走它。為了解決這一問題，研究團隊開發了一種專用的基於鉬的金屬複合物。這種自旋翻轉發射器旨在通過選擇性收集來忽略浪費的 FRET 過程。通過在光吸收過程中翻轉電子的自旋，該複合物實現了自旋對齊，成為三重能量的完美捕手。通過將該複合物與四苯基材料配對，團隊達到了 130% 的量子產率，這意味著每吸收一個光子，約有 1.3 個鉬複合物被激發。
九州大學的副教授佐佐木陽一在新聞稿中解釋道，「因此我們需要一個能夠選擇性捕捉分裂後倍增的三重激發子的能量受體。」新聞稿補充道，「通過仔細調整能量水平，研究人員抑制了浪費的 FRET 過程，使得來自 SF 的倍增激發子能夠被選擇性提取。」
這一合作由美因茲約翰內斯·古騰堡大學的交換學生亞德里安·索爾發起，他將九州團隊介紹給長期在德國研究的材料。雖然目前的成功是在溶液環境中實現的，但其意義深遠。傳統的太陽能電池通常以一個光子對一個電子的轉移比率運作，最高量子產率為 100%。但這種新的單重激發方法使得潛在的一對二轉移成為可能，並已達到 130% 的產率，理論極限為 200%。
此外，傳統電池往往面臨高熱損失，並依賴於標準半導體，而這一創新則透過使用專門的鉬基自旋翻轉發射器來維持低熱損失。
研究人員目前正朝著將這項技術轉向固態的方向發展。目標是將這些分子倍增器整合進工作中的太陽能電池、LED，甚至下一代量子計算機。如果成功，這可能會導致超高效率的太陽能面板，能夠從相同的陽光中生產出顯著更多的電力，從而大幅加速全球擺脫化石燃料的轉型。
