加拿大多倫多大學的研究小組創(chuàng)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（quantum dots）。量子點可進行調(diào)節(jié)，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(jīng)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)的太陽能電池進行調(diào)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-junction cell），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(jīng)調(diào)整，可以捕捉可見光，而另一層捕捉紅外光。研究人員還發(fā)現(xiàn)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（Ted Sargent）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(jīng)介紹過，就發(fā)表在本周的《自然光子學》（Nature Photonics）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(nèi)超過10％的效率，之后不斷提高。傳統(tǒng)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(yōu)勢，表現(xiàn)在太陽能發(fā)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（John Asbury）是賓夕法尼亞州立大學（Penn State University）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(tài)”（ trapped states），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(chǎn)生影響，就意味著要開發(fā)一些策略，控制那些被困狀態(tài)。”