美国研发新型量子点太阳能电池 转换效率可达10%

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LosAlamosNationalLaboratory)的一个研究小组声称，他们已经开发出一种不含铅或其他有毒元素的量子点太阳能电池，转换效率从9%到10%不等。

科学家们将掺锌的胶体半导体量子点嵌入到一个高度多孔的二氧化钛薄膜中，作为电荷收集电极嵌入到一个铜、铟和硒(CIS)太阳能电池中。

量子点能够捕获入射的太阳光子，并将紧密结合的电子释放到一个高迁移率的传导带中。“这些电子随后被转移到二氧化钛电极，最终产生了光电流，”学者们解释说。

研究人员称，虽然在量子点的复杂结构中发现了一些缺陷，但这些缺陷对设备性能影响不大。“尽管它们对光致发光动力学有着深远的影响，但表面修饰对光电性能的影响却出奇地小，这表明粒内缺陷并不会阻碍光转换过程，反而会促进光转换过程，”研究小组说。

这也解释了每吸收100个光子，就会检测到85个光电子，这意味着光子到电子的转换效率为85%。科学家们证实：“高的光转换效率与卓越的缺陷耐受性和无毒成分的组合，使得这些量子点成为用于实现廉价，易于扩展和潜在可抛弃型太阳能电池的非常有前途的材料。”

量子点是一种半导体材料的纳米颗粒，能够携带电荷。在过去至少十年里，科学家们一直在研究量子点在各种材料中的太阳能电池潜能。自从2010年首次报道量子点技术的电池效率以来，量子点已经取得了令人瞩目的进展。

今年3月，韩国蔚山国家科学技术研究院(UNIST)的研究人员发明了一种效率为12.82%的有机混合串联光伏器件，该器件结合了量子点和有机体异质结(BHJ)光活性材料。他们声称，在已报道的胶体量子点细胞中，包括单结器件和串联器件，这种效率是最高的。

据小组调查，一个月前澳大利亚昆士兰大学的科学家们用卤化物钙钛矿合成了一种量子点太阳能电池，效率达到了16.6%。NREL与类似的卤化钙钛矿一起使用，将2017年量子点电池效率的纪录刷新了13.4％。