量子点可应提高混合型太阳能电池效率

有时候，要解决大问题，你要从小的地方开始，而且是非常小的地方。太平洋西北国家实验室（PacificNorthwestNationalLaboratory）化学成像部的科学家们所做的正是这样，他们分析了硒化镉（CdSe：cadmiumselenide）量子点。量子点是纳米尺度的粒子，具有不同于大尺度材料的光学和电子特性。研究小组发现，尺度和环境会意外地改变量子点的结构。可以理解，有化学反应存在于这些微小的变换中，这可用于混合型太阳能电池，提高电子迁移率，最终可以提高它们的整体效率，这就可以促进国家的能源需求。

量子点是纳米尺度的粒子，具有不同于大尺度材料的光学和电子特性。尺度和环境会意外地改变量子点的结构。来源：太平洋西北国家实验室

大多数量子点研究，都是集中改善电荷传输和收集，提高太阳能电池的效率，但是，很少关注下面的化学机制。这项研究首次考察了周围环境和尺度，考察它们如何进行化学诱导，改变半导体量子点结构。最后，阐明了硒化镉量子点的化学和电子结构相互用途，因此，就可以揭示一些机制，改进混合太阳能电池技术。

因为混合型太阳能电池具有巨大的商用潜力，所以，大多数人都开始考察它的整体电池效率，但是，忽视了从根本上理解化学和电子结构的相互用途。阿贾伊卡拉考提（AjayKarakoti）博士说，他是太平洋西北国家实验室的科学家，也是这项研究的领导，我们试图了解基本的相互用途。我们要确保，不改变化学和结构的完整性。在这种情况下，它确实是这样，这是意想不到的。

了解这些微小的变换所涉及的化学反应，可用于混合型太阳能电池，提高电子迁移率，最终可以提高它们的整体效率，这就可以促进国家的能源需求。

环境分子科学实验室（EMSL：EnvironmentalMolecularSciencesLaboratory）的各种成像、光谱仪和衍射仪，都用于进行这项工作。这些仪器包括微X射线衍射仪，X射线光电子能谱仪，紫外-可见光吸收和发射光谱仪。卡拉考提和合著者庞努萨米纳其穆图（PonnusamyNachimuthu）博士很快就解释说，环境分子科学实验室用户设施，可简化应用各种仪器和人员技能系列，这都是他们的研究所必须的。结合光谱仪和成像技术，就可以供应化学特点径迹，以及这些因素的空间分布。

他们最初进行研究，使用的是硒化镉量子点，用于它们的原生环境，然后浇铸在硅片上，这只是一小步，还要进行更详细的考察，考察量子点融入聚合物基质中的情况。根据这项研究，这个小组扩展了研究重点，确定硒化镉量子点中缺陷态的来源，缩小尺度和用途，用于相变，电子结构以及能带排列（bandalignments）。

他们的论文《探测尺度和环境诱发相变的硒化镉量子点》（ProbingtheSize-andEnvironment-InducedPhaseTransformationinCdSeQuantumDots），发表在2011年十一月三日的《物理化学快报杂志》（JournalofPhysicalChemistryLetters）杂志上。

硒化镉量子点尺寸与每立方硒化镉的重量比，包括在甲苯中和浇铸在硅上时的情况。来源：太平洋西北国家实验室

硒化镉量子点的结构和电子性质的研究，采用原位微X射线衍射，X射线光电子能谱，紫外-可见光吸收和发射光谱。原位微衍射数据表明，硒化镉量子点配位，是采用三辛基氧化（TOPO：trioctylphosphineoxide）或十六烷基（HADA：hexadecylamine），在甲苯（toluene）中的呈现重要是纤锌矿（wurtzite）晶体结构，经过相变，成为闪锌矿（zincblende）晶体结构，之后浇铸在硅上。而且，减少硒化镉量子点的尺寸，会促进相变。X射线光电子能谱显示，系统地新增核心层结合能，结合三维镉和三维硒以及带隙，要缩小硒化镉量子点的尺寸，会表现出量子限制。此外，镉/硒的比例会新增，因为量子点的尺寸会从6.6纳米降低到2.1纳米，这就会新增硒的空位，从而引起相变。把硒化镉量子点浇铸在硅上，会改变配位基（cappingligands）的排列，这会显著促进更多的相变。