膠體量子點太陽能電池轉化效率創紀錄

膠體量子點太陽能電池轉化效率創紀錄

一個國際科研團隊在最新一期的《自然·材料學》雜志上撰文指出，他們使用無機配位體替代有機分子來包裹量子點并讓其表面鈍化（不易與其他物質發生化學反應），研制出了迄今轉化效率最高（達6%）的膠體量子點（CQD）太陽能電池。

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

膠體量子點太陽能電池研制領域最大的挑戰在于如何使量子點緊密結合在一起，因為量子點之間的距離越大，轉化效率越低。然而，量子點通常由多出其1—2納米的有機分子包裹，在納米尺度上，這有點大，而有機分子是制造膠體的重要成分。

為此，加拿大多倫多大學、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學、美國賓夕法尼亞州立大學的科學家們開始考慮使用無機配位體來讓量子點緊緊依附在一起，以盡可能節省空間。結果，科學家們不使用“龐大”的有機分子也獲得了膠體的特征。

“我們在每個量子點周圍包裹了一單層原子，它們將量子點包裹成非常緊密的固體。”該研究的領導者、多倫多大學電子與計算機工程系博士后唐江（音譯）表示。

研究合作者、賓夕法尼亞州立大學的約翰·艾斯拜瑞說：“最新研究表明，我們能剔除電荷陷阱——電子陷入的位置。量子點緊密地結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太陽能電池。”

美國國家可再生能源實驗室委派的實驗室證實，新研制出的膠體量子點太陽能電池不僅電流達到了最高值，高達6%的整體能量轉化效率也創下了紀錄。

“最新研究表明，無機配位體在構建實用設備方面具有強大的作用。”量子點太陽能電池研制領域的領導者、芝加哥大學教授德米特里·塔拉品說，“新的表面化學為我們制造高效且穩定的量子點太陽能電池鋪平了道路，也將對其他利用膠體納米晶體制造的電子和光電耦合設備產生影響。全無機方法的好處包括能顯著改善電子的運輸速度，讓設備更加穩定等。”

《科技日報》