加拿大多倫多大學(xué)的研究小組創(chuàng)造了第一款雙層太陽(yáng)能電池，制備成分為吸光納米粒子，稱為量子點(diǎn)（quantum dots）。量子點(diǎn)可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以吸收不同部分的太陽(yáng)光譜，這只需改變它們的大小，量子點(diǎn)已經(jīng)被看作是一種很有前途的方法，可以制備低成本太陽(yáng)能電池，因?yàn)檫@些粒子可以噴涂到各種表面，很像油漆。但是，基于這種技術(shù)的電池效率太低，難以實(shí)用。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種方法，把兩種不同類型的量子點(diǎn)結(jié)合在一塊太陽(yáng)能電池中，就開辟了一條途徑，使制成的這種電池更有效。
傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池進(jìn)行調(diào)整，只能把一個(gè)波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)化成電能；其余的太陽(yáng)光譜或者穿過(guò)，或者轉(zhuǎn)換效率低下。為了利用更大比例的太陽(yáng)光能量，制造商有時(shí)會(huì)堆疊材料，這樣設(shè)計(jì)是為了捕獲堆不同部分的光譜。兩層電池稱為串結(jié)電池（tandem-junction cell），理論上可以達(dá)到42％的效率，相比之下，單層電池的最高理論效率為31％。
多倫多大學(xué)研究人員的電池中，一層量子點(diǎn)經(jīng)調(diào)整，可以捕捉可見光，而另一層捕捉紅外光。研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以減少層間電阻，這一問(wèn)題可能會(huì)限制兩層電池的輸出功率。他們引入一個(gè)過(guò)渡層，構(gòu)成成分包含四種薄膜狀的不同金屬氧化物，這就可保持電阻“很好而又低，”特德？薩金特（Ted Sargent）說(shuō)，他是多倫多大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程教授，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。研究人員選擇透明的氧化物，用于這一層，使光線可穿過(guò)它們，到達(dá)底層電池。
這項(xiàng)成果已經(jīng)介紹過(guò)，就發(fā)表在本周的《自然光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志上，這是一種串結(jié)電池，可以捕獲廣范的光譜，效率為4.2％。薩金特說(shuō)，這種方法可用于制造三層甚至四層，那可能會(huì)更好。該小組的目標(biāo)是在五年內(nèi)超過(guò)10％的效率，之后不斷提高。傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板約有15％的效率，但量子點(diǎn)電池效率稍差，仍然具有優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在太陽(yáng)能發(fā)電的整體成本上，條件是它們證明可顯著減少制造成本。
約翰.阿斯伯里（John Asbury）是賓夕法尼亞州立大學(xué)（Penn State University）化學(xué)教授，他說(shuō)，因?yàn)槟軌蛑瞥啥鄬恿孔狱c(diǎn)電池，多倫多大學(xué)的團(tuán)隊(duì)就提升了這種技術(shù)的理論效率，從30％提高到近50％。但是，要接近這一效率的任何尺度，都需要大量的工作，以消除“陷波狀態(tài)”（ trapped states），就是量子點(diǎn)材料中的一些地方，電子可能被困住。“量子點(diǎn)的這個(gè)問(wèn)題，就是電子有很高概率不走向電極，雖然它們可以被集中在電極，這樣就限制了它們的效率，”他說(shuō)。“要真正產(chǎn)生影響，就意味著要開發(fā)一些策略，控制那些被困狀態(tài)。”
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