膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率創(chuàng)紀(jì)錄

膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率創(chuàng)紀(jì)錄

一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在最新一期的《自然·材料學(xué)》雜志上撰文指出，他們使用無(wú)機(jī)配位體替代有機(jī)分子來(lái)包裹量子點(diǎn)并讓其表面鈍化（不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)），研制出了迄今轉(zhuǎn)化效率最高（達(dá)6%）的膠體量子點(diǎn)（CQD）太陽(yáng)能電池。

吸光納米粒子量子點(diǎn)是納米尺度的半導(dǎo)體，其能捕捉光線（既可吸收可見(jiàn)光，也可吸收不可見(jiàn)光）并將其轉(zhuǎn)化為能源。人們可將其噴灑到包括塑料在內(nèi)的柔性材料表面，制造出比硅基太陽(yáng)能電池更便宜、更經(jīng)久耐用的太陽(yáng)能電池。而且，膠體量子點(diǎn)電池的理論轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)42%，超過(guò)硅基太陽(yáng)能電池31%的理論轉(zhuǎn)化率。今年7月，多倫多大學(xué)的科學(xué)家研制出了轉(zhuǎn)化效率為4.2%的膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。

膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池研制領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)在于如何使量子點(diǎn)緊密結(jié)合在一起，因?yàn)榱孔狱c(diǎn)之間的距離越大，轉(zhuǎn)化效率越低。然而，量子點(diǎn)通常由多出其1—2納米的有機(jī)分子包裹，在納米尺度上，這有點(diǎn)大，而有機(jī)分子是制造膠體的重要成分。

為此，加拿大多倫多大學(xué)、沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)始考慮使用無(wú)機(jī)配位體來(lái)讓量子點(diǎn)緊緊依附在一起，以盡可能節(jié)省空間。結(jié)果，科學(xué)家們不使用“龐大”的有機(jī)分子也獲得了膠體的特征。

“我們?cè)诿總€(gè)量子點(diǎn)周圍包裹了一單層原子，它們將量子點(diǎn)包裹成非常緊密的固體。”該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、多倫多大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系博士后唐江（音譯）表示。

研究合作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)的約翰·艾斯拜瑞說(shuō)：“最新研究表明，我們能剔除電荷陷阱——電子陷入的位置。量子點(diǎn)緊密地結(jié)合在一起以及消除電荷陷阱，雙管齊下使電子能快速且平滑地通過(guò)太陽(yáng)能電池。”

美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室委派的實(shí)驗(yàn)室證實(shí)，新研制出的膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池不僅電流達(dá)到了最高值，高達(dá)6%的整體能量轉(zhuǎn)化效率也創(chuàng)下了紀(jì)錄。

“最新研究表明，無(wú)機(jī)配位體在構(gòu)建實(shí)用設(shè)備方面具有強(qiáng)大的作用。”量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池研制領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者、芝加哥大學(xué)教授德米特里·塔拉品說(shuō)，“新的表面化學(xué)為我們制造高效且穩(wěn)定的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池鋪平了道路，也將對(duì)其他利用膠體納米晶體制造的電子和光電耦合設(shè)備產(chǎn)生影響。全無(wú)機(jī)方法的好處包括能顯著改善電子的運(yùn)輸速度，讓設(shè)備更加穩(wěn)定等。”

《科技日?qǐng)?bào)》