最高效的太阳能电池通常具有好几层半导体材料，每层都经过调整，以便把不同颜色的光转换成电能。劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Lab）的研究人员已经制成了一种半导体装置，这种装置几乎可以完成同样的工作。更重要的是，他们制作这种材料采用的是一种普通的制造技术，这意味着它的制作可以相对便宜。

　　几个研究小组正在开发的半导体材料可以利用更多的太阳光能量，他们所依据的一个创意可以追溯到1960年，这个创意就是要改变半导体材料在太阳能电池中与光相互作用的方式。但这种研究使用的材料往往是很难制备的。

　　还有许多工作有待完成，之后，劳伦斯伯克利实验室的材料才可用于实际使用的太阳能电池，但在理论上，它可以把近一半的太阳光能转化为电能，三倍于大多数单层（或单结）太阳能电池。这种太阳能电池的成本也低于分层（或多结）太阳能电池，目前需要这些分层电池来实现高效率，这种新型单层电池只需要一块半导体材料。

　　在传统的半导体材料中，需要一定量的能量来释放一个电子并发电。光子具有较少的能量，比如说，红外光的光子，就不能发电。如果光子具有的能量超过了最低值，比如高能紫外线的光子就是这样，那么，多余的能量就会被浪费，成为热量。

　　新的半导体材料是基于砷化镓（gallium arsenide）。通常情况下，这种材料需要高能量光子来发电。但研究人员改进了它，这样，不止一个光子的能量可以用来释放一个电子，能量会增加，直到电子被释放。更换材料中的一些砷原子，更换为氮原子，就会形成一些区域，作为电子的跳板，电子已吸收了低能光子的一些能量，在跳板上，电子可以等待获得更多光子的能量，乌拉戴克·瓦路基维克（Wladek Walukiewicz）说，他领导的太阳能材料研究团体就在劳伦斯伯克利实验室，他也领导该项目。

　　这种新材料可把高能量光子转化为电能，不会浪费它们的能量并变为热能，也会把低能光子转换成电，这些光子通常不会被材料吸收。

　　类似的效果也可实现于商用多结太阳能电池，这种电池的制备实质上是叠放三层太阳能电池，每层都经过优化，以适应不同颜色的光。但是，要集成这三个太阳能电池就很昂贵和复杂，因为每一层都必须密切匹配其他层。

　　这款太阳能电池样机仍然是相对低效的。部分问题是，很多电子吸收了低能量光子的一些能量，但不能保持足够长的时间，以便再吸收其他光子的能量。这些电子从来没有摆脱材料束缚，因为能量已损失，变为热。研究人员正携手两家公司，就是玫瑰街实验室能源公司（Rose Street Labs Energy）和苏米卡电子材料公司（Sumika Electronic Materials），以克服这一问题。有一种选择，例如，就是用磷原子掺杂这些材料，来改变其电学性能。

　　这将是具有挑战性的，安德鲁·诺曼（Andrew Norman）说，他是国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）的研究员。诺曼也研究这种类型的太阳能电池，但是他的电池是采用完全不同的材料制成。诺曼说，这项新的工作很有趣，特别是因为这种电池产生的高电压功率，但他指出，已经证明难以商业化这种类型的电池。“你必须知道为什么50年来都没有人成功，”他说。