在这种情况下，添加额外的步骤可以提高性能，因为它可以利用通常浪费的光波长。本周发表在NatureNanotechnology杂志上的论文描述了这一过程，该论文由研究生AndrejLenert，机械工程副教授EvelynWang，物理学教授MarinSoljačić，主要研究科学家IvanCelanović和其他三位撰写。

传统的硅基太阳能电池“没有利用所有的光子，”Wang解释说。这是因为将光子的能量转换成电能需要光子的能级与被称为带隙的光伏(PV)材料的特性相匹配。硅的带隙响应了许多波长的光，但却错过了许多其他光。

为了解决这一局限，该团队在太阳光和光伏电池之间插入了一个双层吸收发射器装置-由新材料制成，包括碳纳米管和光子晶体。这种中间材料从广泛的阳光中收集能量，在此过程中升温。当它加热时，就像一块发红光的铁一样，它发出特定波长的光，在这种情况下，它被调谐到与附近安装的PV电池的带隙相匹配。

这个基本概念已经探索了好几年，因为理论上这种太阳能热光电(STPV)系统可以提供一种方法来规避对基于半导体的光伏器件的能量转换效率的理论限制。这个限制，称为Shockley-Queisser限制，对此类效率设定了33.7%的上限，但Wang表示，对于TPV系统，“效率将显着提高-理想情况下可超过80%。”

实现这种潜力有许多实际障碍;以前的实验已经无法生产出效率大于1%的STPV装置。但是，Lenert，Wang和他们的团队已经开发出一种测试效率为3.2%的初始测试设备，并且他们表示，通过进一步的工作，他们希望能够达到20%的效率-他们说，足够的商业可行性产品。

双层吸收器-发射器材料的设计是这种改进的关键。它的外层面向阳光，是一系列多壁碳纳米管，可以非常有效地吸收光的能量并将其转化为热能。该层与光子晶体层紧密结合，光子晶体经过精确设计，当被附着的纳米管层加热时，它会发光，其峰值强度大多高于相邻PV的带隙，确保然后，吸收器收集的大部分能量转化为电能。

在他们的实验中，研究人员使用了模拟太阳光，并发现它的峰值效率来自于其强度相当于将太阳光聚集750倍的聚焦系统。这种光将吸收器-发射器加热到962摄氏度的温度。

这种浓度水平已经远低于先前STPV系统的尝试，STPV系统将太阳光聚集了数千倍。但麻省理工学院的研究人员表示，经过进一步优化后，应该可以在更低的日光浓度下获得相同的增强效果，使系统更容易操作。

该团队表示，这样的系统结合了太阳能光伏系统的优势，太阳能光伏系统将太阳光直接转化为电能，太阳能热系统具有延迟使用的优势，因为热量比电力更容易储存。他们说，新的太阳能热光电系统可以提供效率，因为它们可以宽带吸收太阳光;可扩展性和紧凑性，因为它们基于现有的芯片制造技术;由于依赖热量，易于储存能量。

进一步改进系统的一些方法非常简单。由于系统的中间阶段，吸收器-发射器依赖于高温，其尺寸是至关重要的：物体越大，其相对于其体积的表面积越小，因此热量损失随着尺寸的增加而迅速下降。他们说，最初的测试是在1厘米的芯片上完成的，但后续测试将使用10厘米的芯片完成。