加拿大多倫多大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授TedSargent領(lǐng)導(dǎo)的研究小組首次研發(fā)出了一種膠體量子點(diǎn)（colloidalquantumdots，CQD）雙層太陽(yáng)電池，這種電池可以大幅提高轉(zhuǎn)換效率。膠體量子點(diǎn)是一種既可以吸收可見(jiàn)光，又可以吸收不可見(jiàn)光的半導(dǎo)體顆粒，理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)42%。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在最新一期的《NatureMaterials》雜志。

科學(xué)研究證明，量子點(diǎn)是一種非常有前途的方法，可以噴涂到包括塑料在內(nèi)的各種表面，有效降低太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本。該領(lǐng)域面臨最大的一個(gè)挑戰(zhàn)就是如何使便利和性能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)合。最理想的設(shè)計(jì)就是把量子點(diǎn)緊密的連在一起。因?yàn)榱孔狱c(diǎn)的空間距離越大，光電轉(zhuǎn)換效率就更低。

到目前為止，所有的量子點(diǎn)都是封鎖在有機(jī)分子中。為了解決電子的長(zhǎng)距離移動(dòng)問(wèn)題，科學(xué)家利用了無(wú)機(jī)配體和比納米還要小的原子將量子點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。密堆積的排列方式和負(fù)電荷捕捉器的去除確保電子能夠在太陽(yáng)電池中快速和順利的移動(dòng)，提供轉(zhuǎn)換效率。

研究人員研發(fā)的這種雙層太陽(yáng)電池中，一層量子點(diǎn)經(jīng)調(diào)制可以捕捉可見(jiàn)光，而另一層能夠捕捉紅外光。此外，他們還引入一個(gè)過(guò)渡層，構(gòu)成成分包含四種薄膜狀的不同金屬氧化物，這一種方法可以減少層間電阻。他們選擇透明的氧化物用于這一層，使光線可穿過(guò)它們，到達(dá)底層電池。目前，這種雙層太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率為4.2%。該小組的目標(biāo)是在未來(lái)5年內(nèi)將轉(zhuǎn)換效率提高至10%。

這種雙層電池具有膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)電池的最大電流和最高轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)得到了美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的Newport的公認(rèn)。
來(lái)自賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)教授JohnAsbury指出，因?yàn)槟軌蛑瞥啥鄬恿孔狱c(diǎn)太陽(yáng)電池，多倫多大學(xué)的團(tuán)隊(duì)將理論效率從30%提高到40%以上。

Sargent表示：“世界和市場(chǎng)都需要?jiǎng)?chuàng)新，打破現(xiàn)有的性能和成本平衡。通過(guò)與多倫多大學(xué)和阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的合同，我們能夠?qū)�現(xiàn)有研究轉(zhuǎn)換成實(shí)在的創(chuàng)新，并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的應(yīng)用。”