加拿大多倫多大學(xué)電氣與計算機(jī)工程教授TedSargent領(lǐng)導(dǎo)的研究小組首次研發(fā)出了一種膠體量子點（colloidalquantumdots，CQD）雙層太陽電池，這種電池可以大幅提高轉(zhuǎn)換效率。膠體量子點是一種既可以吸收可見光，又可以吸收不可見光的半導(dǎo)體顆粒，理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)42%。該項研究成果發(fā)表在最新一期的《NatureMaterials》雜志。
科學(xué)研究證明，量子點是一種非常有前途的方法，可以噴涂到包括塑料在內(nèi)的各種表面，有效降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。該領(lǐng)域面臨最大的一個挑戰(zhàn)就是如何使便利和性能實現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)合。最理想的設(shè)計就是把量子點緊密的連在一起。因為量子點的空間距離越大，光電轉(zhuǎn)換效率就更低。
到目前為止，所有的量子點都是封鎖在有機(jī)分子中。為了解決電子的長距離移動問題，科學(xué)家利用了無機(jī)配體和比納米還要小的原子將量子點結(jié)合起來。密堆積的排列方式和負(fù)電荷捕捉器的去除確保電子能夠在太陽電池中快速和順利的移動，提供轉(zhuǎn)換效率。
研究人員研發(fā)的這種雙層太陽電池中，一層量子點經(jīng)調(diào)制可以捕捉可見光，而另一層能夠捕捉紅外光。此外，他們還引入一個過渡層，構(gòu)成成分包含四種薄膜狀的不同金屬氧化物，這一種方法可以減少層間電阻。他們選擇透明的氧化物用于這一層，使光線可穿過它們，到達(dá)底層電池。目前，這種雙層太陽電池的轉(zhuǎn)換效率為4.2%。該小組的目標(biāo)是在未來5年內(nèi)將轉(zhuǎn)換效率提高至10%。
這種雙層電池具有膠體量子點太陽電池的最大電流和最高轉(zhuǎn)換效率。實驗結(jié)果已經(jīng)得到了美國國家可再生能源實驗室認(rèn)證的Newport的公認(rèn)。
來自賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)教授JohnAsbury指出，因為能夠制成多層量子點太陽電池，多倫多大學(xué)的團(tuán)隊將理論效率從30%提高到40%以上。
Sargent表示：“世界和市場都需要創(chuàng)新，打破現(xiàn)有的性能和成本平衡。通過與多倫多大學(xué)和阿卜杜拉國王科技大學(xué)的合同，我們能夠?qū)F(xiàn)有研究轉(zhuǎn)換成實在的創(chuàng)新，并實現(xiàn)商業(yè)化的應(yīng)用。”
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