维度网讯，德国帕德博恩大学（University of Paderborn）与斯图加特高性能计算中心（High-Performance Computing Center Stuttgart）合作，通过超级计算机模拟发现，硅太阳能电池界面上的“缺陷”——硅悬空键——实际上能促进激子传输，从而可能提升电池效率。这一结论颠覆了太阳能电池领域长久以来“越干净越好”的设计原则。

现代硅太阳能电池板的转换效率约为22%，仍有大部分太阳能未被利用。高能光子携带的能量远超硅的利用能力，例如紫光携带约3电子伏特，而硅仅能将约1.1电子伏特转化为电能，剩余能量以热量形式散失，既造成浪费又加速电池板老化。德国太阳能发电量占全国电力的比例从2000年的不足1%增至2022年的约11%，但当前电池板性能与物理学理论上限之间仍存在差距。

帕德博恩大学由Wolf Gero Schmidt教授领导的研究团队，探索在硅电池上涂覆一层仅一个分子厚的有机半导体——并四苯。当并四苯吸收高能光子时，会发生“单线态裂变”过程，将一个高能激子分裂成两个较低能量的激子，这部分能量硅可以处理。理论上，该技术可将太阳能电池效率提升约1.4倍。

为研究激子如何在并四苯-硅界面传输，团队使用了斯图加特高性能计算中心（HLRS）运营的 Hawk 超级计算机，进行从头算分子动力学模拟。初始目标是识别并消除界面缺陷，但模拟结果显示，硅原子未完全键合的“悬空键”正在积极帮助激子穿过界面。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

合作者Uwe Gerstmann教授认为，应改变将缺陷视为问题的框架。论文第一作者Marvin Krenz博士指出，该领域一直在不惜代价去除缺陷，而这一发现表明，该方法可能错失性能提升机会。团队的新目标是设计“完美不完美”的界面，即刻意放置悬空键以最大程度促进激子传输。

下一步将利用高性能计算系统绘制悬空键的最佳位置，旨在建立系统化的设计框架。Schmidt教授表示，该领域效率提升速度平均每年约1%，悬空键的见解将对这一进程做出渐进贡献。帕德博恩大学与柏林亥姆霍兹中心（Helmholtz Zentrum Berlin）的合作也表明，基础物理与应用工程目标正愈发协同推进，而超级计算机驱动的模拟在发现反直觉结果方面的能力，正成为材料科学研究中的关键工具。

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