美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LosAlamosNationalLaboratory)的一個(gè)研究小組聲稱(chēng)，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種不含鉛或其他有毒元素的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換效率從9%到10%不等。

科學(xué)家們將摻鋅的膠體半導(dǎo)體量子點(diǎn)嵌入到一個(gè)高度多孔的二氧化鈦薄膜中，作為電荷收集電極嵌入到一個(gè)銅、銦和硒(CIS)太陽(yáng)能電池中。

量子點(diǎn)能夠捕獲入射的太陽(yáng)光子，并將緊密結(jié)合的電子釋放到一個(gè)高遷移率的傳導(dǎo)帶中。“這些電子隨后被轉(zhuǎn)移到二氧化鈦電極，最終產(chǎn)生了光電流，”學(xué)者們解釋說(shuō)。

研究人員稱(chēng)，雖然在量子點(diǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了一些缺陷，但這些缺陷對(duì)設(shè)備性能影響不大。“盡管它們對(duì)光致發(fā)光動(dòng)力學(xué)有著深遠(yuǎn)的影響，但表面修飾對(duì)光電性能的影響卻出奇地小，這表明粒內(nèi)缺陷并不會(huì)阻礙光轉(zhuǎn)換過(guò)程，反而會(huì)促進(jìn)光轉(zhuǎn)換過(guò)程，”研究小組說(shuō)。

這也解釋了每吸收100個(gè)光子，就會(huì)檢測(cè)到85個(gè)光電子，這意味著光子到電子的轉(zhuǎn)換效率為85%。科學(xué)家們證實(shí)：“高的光轉(zhuǎn)換效率與卓越的缺陷耐受性和無(wú)毒成分的組合，使得這些量子點(diǎn)成為用于實(shí)現(xiàn)廉價(jià)，易于擴(kuò)展和潛在可拋棄型太陽(yáng)能電池的非常有前途的材料。”

量子點(diǎn)是一種半導(dǎo)體材料的納米顆粒，能夠攜帶電荷。在過(guò)去至少十年里，科學(xué)家們一直在研究量子點(diǎn)在各種材料中的太陽(yáng)能電池潛能。自從2010年首次報(bào)道量子點(diǎn)技術(shù)的電池效率以來(lái)，量子點(diǎn)已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)展。

今年3月，韓國(guó)蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究院(UNIST)的研究人員發(fā)明了一種效率為12.82%的有機(jī)混合串聯(lián)光伏器件，該器件結(jié)合了量子點(diǎn)和有機(jī)體異質(zhì)結(jié)(BHJ)光活性材料。他們聲稱(chēng)，在已報(bào)道的膠體量子點(diǎn)細(xì)胞中，包括單結(jié)器件和串聯(lián)器件，這種效率是最高的。

據(jù)小組調(diào)查，一個(gè)月前澳大利亞昆士蘭大學(xué)的科學(xué)家們用鹵化物鈣鈦礦合成了一種量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，效率達(dá)到了16.6%。NREL與類(lèi)似的鹵化鈣鈦礦一起使用，將2017年量子點(diǎn)電池效率的紀(jì)錄刷新了13.4％。