加拿大多倫多大學研發膠體量子點太陽能電池實現6%轉換效率

2012-01-26 05:53:23

浙江電力 2012年1期

電力科技信息

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

膠體一般是指懸浮液中的金屬元素，例如膠質銀。而量子點是指包括硒化鎘、砷化銦、鋅等在內的半導體材料納米級微粒，通常大小約為2～10 nm，寬度為50個原子。量子點越小，其發射光越接近光譜藍色端；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）產品。

量子點可噴涂在包括塑料等在內的柔性材料表面，有利于降低太陽能電池生產成本并獲得比硅基太陽能電池更高的耐用性。目前有關專家所面臨的難題是如何實現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，其整體電能轉換效率更高。該結果已獲得經美國國家可再生能源實驗室（US National Renewable Energy Laboratory）授權的Newport公司技術和應用中心光伏發電實驗室證實。來自多倫多大學的加拿大納米技術首席研究員（Canada Research Chair in Nanotechnology）Ted Sargent表示，這是CQD太陽能電池首次實現轉換效率5%以上。賓夕法尼亞州立大學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合，有助于加強電池內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，迄今為止尚未發現使用無機配位體存在任何缺陷，其優點是不僅可提升效率，還能增強太陽能電池穩定性。該技術若要實現商業化應用，電池轉換效率需達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的實現，

摘譯自互聯網