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加拿大多倫多大學(xué)研發(fā)膠體量子點太陽能電池實現(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（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個原子。量子點越小，其發(fā)射光越接近光譜藍(lán)色端；而量子點越大，則越接近紅色端。量子點可制成粉末或溶液加以利用，通過批量生產(chǎn)將量子點在多層薄膜上進行噴涂或印刷，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現(xiàn)電池高性能與輕便的平衡。量子點通常采用有機分子予以覆蓋，將其噴涂在材料表面后量子點將增厚1～2 nm。研究人員采用單價鹵素陰離子無機配位體（inorganic ligands）替代有機分子以使量子點結(jié)合更緊密，占用空間更少。該配位體膠體特性與有機分子相同，但體積更小。

利用無機配位體制造的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驗室（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)電實驗室證實。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鹵素陰離子作為無機配位體在消除電荷陷阱（charge trap）的同時可將量子點緊密結(jié)合，有助于加強電池內(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)使用無機配位體存在任何缺陷，其優(yōu)點是不僅可提升效率，還能增強太陽能電池穩(wěn)定性。該技術(shù)若要實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，電池轉(zhuǎn)換效率需達10%以上。目前研究人員正試圖采用進一步降低阻礙電子運動的電荷陷阱密度和能量的方法加快該目標(biāo)的實現(xiàn)，

摘譯自互聯(lián)網(wǎng)