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加拿大多倫多大學(xué)研發(fā)膠體量子點(diǎn)太陽能電池實(shí)現(xiàn)6%轉(zhuǎn)換效率

加拿大多倫多大學(xué)（University of Toronto）、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)（King Abdullah University of Science&Technology,KAUST）與美國賓夕法尼亞州立大學(xué)（Pennsylvania State University）研究人員共同研發(fā)膠體量子點(diǎn)（Colloidal Quantum Dots,CQD）太陽能電池，在大氣質(zhì)量（Air Mass,AM）為1.5G的條件下其轉(zhuǎn)換效率達(dá)6%。

膠體一般是指懸浮液中的金屬元素，例如膠質(zhì)銀。而量子點(diǎn)是指包括硒化鎘、砷化銦、鋅等在內(nèi)的半導(dǎo)體材料納米級微粒，通常大小約為2～10 nm，寬度為50個(gè)原子。量子點(diǎn)越小，其發(fā)射光越接近光譜藍(lán)色端；而量子點(diǎn)越大，則越接近紅色端。量子點(diǎn)可制成粉末或溶液加以利用，通過批量生產(chǎn)將量子點(diǎn)在多層薄膜上進(jìn)行噴涂或印刷，可用于制造薄膜太陽能面板或光伏建筑一體化（Building-Integrated Photovoltaic，BIPV）產(chǎn)品。

量子點(diǎn)可噴涂在包括塑料等在內(nèi)的柔性材料表面，有利于降低太陽能電池生產(chǎn)成本并獲得比硅基太陽能電池更高的耐用性。目前有關(guān)專家所面臨的難題是如何實(shí)現(xiàn)電池高性能與輕便的平衡。量子點(diǎn)通常采用有機(jī)分子予以覆蓋，將其噴涂在材料表面后量子點(diǎn)將增厚1～2 nm。研究人員采用單價(jià)鹵素陰離子無機(jī)配位體（inorganic ligands）替代有機(jī)分子以使量子點(diǎn)結(jié)合更緊密，占用空間更少。該配位體膠體特性與有機(jī)分子相同，但體積更小。

利用無機(jī)配位體制造的CQD薄膜太陽能電池與其他類型CQD薄膜太陽能電池相比，其整體電能轉(zhuǎn)換效率更高。該結(jié)果已獲得經(jīng)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（US National Renewable Energy Laboratory）授權(quán)的Newport公司技術(shù)和應(yīng)用中心光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)室證實(shí)。來自多倫多大學(xué)的加拿大納米技術(shù)首席研究員（Canada Research Chair in Nanotechnology）Ted Sargent表示，這是CQD太陽能電池首次實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率5%以上。賓夕法尼亞州立大學(xué)John Asbury稱，該研究證明采用單價(jià)鹵素陰離子作為無機(jī)配位體在消除電荷陷阱（charge trap）的同時(shí)可將量子點(diǎn)緊密結(jié)合，有助于加強(qiáng)電池內(nèi)自由電子快速順暢移動，消除p型硫化鉛（PbS）膠體量子點(diǎn)薄膜表面缺陷。

CQD薄膜在室溫和環(huán)境大氣（ambient atmosphere）條件下采用沉積方法進(jìn)行制備，適用于采用低成本卷對卷（roll-to-roll）方式予以制造。研究人員表示，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)使用無機(jī)配位體存在任何缺陷，其優(yōu)點(diǎn)是不僅可提升效率，還能增強(qiáng)太陽能電池穩(wěn)定性。該技術(shù)若要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，電池轉(zhuǎn)換效率需達(dá)10%以上。目前研究人員正試圖采用進(jìn)一步降低阻礙電子運(yùn)動的電荷陷阱密度和能量的方法加快該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，

摘譯自互聯(lián)網(wǎng)