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首款雙層量子點太陽能電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年04月08日  

多倫多大學(UniversityofToronto)的研究小組創造了第一款雙層太陽能電池,制備成分為吸光納米粒子,稱為量子點(quantumdots)。量子點可進行調節,以吸收不同部分的太陽光譜,這只需改變它們的大小,量子點已經被看作是一種很有前途的方法,可以制備低成本太陽能電池,因為這些粒子可以噴涂到各種表面,很像油漆。但是,基于這種技術的電池效率太低,難以實用。研究人員發現了一種方法,把兩種不同類型的量子點結合在一塊太陽能電池中,就開辟了一條途徑,使制成的這種電池更有效。

傳統的太陽能電池進行調整,只能把一個波長的光轉化成電能;其余的太陽光譜或者穿過,或者轉換效率低下。為了利用更大比例的太陽光能量,制造商有時會堆疊材料,這樣設計是為了捕獲堆不同部分的光譜。兩層電池稱為串結電池(tandem-junctioncell),理論上可以達到42%的效率,相比之下,單層電池的最高理論效率為31%。

多倫多大學研究人員的電池中,一層量子點經調整,可以捕捉可見光,而另一層捕捉紅外光。研究人員還發現了一種方法,可以減少層間電阻,這一問題可能會限制兩層電池的輸出功率。他們引入一個過渡層,構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(TedSargent)說,他是多倫多大學電氣和計算機工程教授,領導這項研究。研究人員選擇透明的氧化物,用于這一層,使光線可穿過它們,到達底層電池。

這項成果已經介紹過,就發表在本周的《自然光子學》(NaturePhotonics)雜志上,這是一種串結電池,可以捕獲廣范的光譜,效率為4.2%。薩金特說,這種方法可用于制造三層甚至四層,那可能會更好。該小組的目標是在五年內超過10%的效率,之后不斷提高。傳統太陽能電池板約有15%的效率,但量子點電池效率稍差,仍然具有優勢,表現在太陽能發電的整體成本上,條件是它們證明可顯著減少制造成本。

約翰?阿斯伯里(JohnAsbury)是賓夕法尼亞州立大學(PennStateUniversity)化學教授,他說,因為能夠制成多層量子點電池,多倫多大學的團隊就提升了這種技術的理論效率,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”(trappedstates),就是量子點材料中的一些地方,電子可能被困住。“量子點的這個問題,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。“要真正產生影響,就意味著要開發一些策略,控制那些被困狀態。”

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