胶体量子点太阳能电池转化效率创纪录

2011-9-20 10:03 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网9月18日报道,一个国际科研团队在最新一期的《自然·材料学》杂志上撰文指出,他们使用无机配位体替代有机分子来包裹量子点并让其表面钝化(不易与其他物质发生化学反应),研制出了迄今转化效率最高(达6%)的胶体量子点(CQD)太阳能电池

  吸光纳米粒子量子点是纳米尺度的半导体,其能捕捉光线(既可吸收可见光,也可吸收不可见光)并将其转化为能源。人们可将其喷洒到包括塑料在内的柔性材料表面,制造出比硅基太阳能电池更便宜、更经久耐用的太阳能电池。而且,胶体量子点电池的理论转化效率可高达42%,超过硅基太阳能电池31%的理论转化率。今年7月,多伦多大学的科学家研制出了转化效率为4.2%的胶体量子点太阳能电池。

  胶体量子点太阳能电池研制领域最大的挑战在于如何使量子点紧密结合在一起,因为量子点之间的距离越大,转化效率越低。然而,量子点通常由多出其1—2纳米的有机分子包裹,在纳米尺度上,这有点大,而有机分子是制造胶体的重要成分。

  为此,加拿大多伦多大学、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学、美国宾夕法尼亚州立大学的科学家们开始考虑使用无机配位体来让量子点紧紧依附在一起,以尽可能节省空间。结果,科学家们不使用“庞大”的有机分子也获得了胶体的特征。

  “我们在每个量子点周围包裹了一单层原子,它们将量子点包裹成非常紧密的固体。”该研究的领导者、多伦多大学电子与计算机工程系博士后唐江(音译)表示。

  研究合作者、宾夕法尼亚州立大学的约翰·艾斯拜瑞说:“最新研究表明,我们能剔除电荷陷阱——电子陷入的位置。量子点紧密地结合在一起以及消除电荷陷阱,双管齐下使电子能快速且平滑地通过太阳能电池。”

  美国国家可再生能源实验室委派的实验室证实,新研制出的胶体量子点太阳能电池不仅电流达到了最高值,高达6%的整体能量转化效率也创下了纪录。

  “最新研究表明,无机配位体在构建实用设备方面具有强大的作用。”量子点太阳能电池研制领域的领导者、芝加哥大学教授德米特里·塔拉品说,“新的表面化学为我们制造高效且稳定的量子点太阳能电池铺平了道路,也将对其他利用胶体纳米晶体制造的电子和光电耦合设备产生影响。全无机方法的好处包括能显著改善电子的运输速度,让设备更加稳定等。”