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來源於連結硒化鉛(PbSe)納米顆粒的廉價而高效的太陽能電池

2011-11-4

美國德州大學代爾夫特分校化學工程系與Kavli研究所的研究人員展示的研究結果顯示,電子在光的影響下可以在連結硒化鉛半導體納米顆粒的層間自由地移動。

      這項新技術對於開發廉價而高效的量子原子團太陽能電池會非常有用。研究者們在9月25日(星期天)的《Nature Nanotechnology》這一科學期刊的網站上發表了他們的研究發現。

      當前,矽晶體太陽能面板的製造費用非常昂貴。價格低廉的太陽能電池是存在的,但是它們都是低轉換效率的產品。例如,有機太陽能電池最大的轉換效率僅為8%。使用半導體納米顆粒材料,即量子原子團,是一種提高廉價太陽能電池轉換效率的方法。理論上,這種太陽能電池能將轉換效率提高到44%。

      這種現象的原因一部分是由於雪崩效應,已由德州大學代爾夫特分校和FOM基金的研究者們在2008年進行了闡述。在當前的太陽能電池中,一個被吸收了的光子只能激發出一個電子(即產生一個電子-空穴對),然而在量子原子團太陽能電池中,一個光子能激發出若干個電子。它所激發出的電子數目越多,則太陽能電池的轉換效率就越高。

      迄今為止,在光的影響下產生電子-空穴對的機理僅僅在量子原子團理論的限制下有一些闡述。為了使電子和空穴在太陽能電子中變成是能使用的,就必須確保它們是能夠移動的。這是產生能夠使用電極來進行收集的電流的物理機理。

      目前,來自同一研究小組的研究者們已經展示,電子-空穴對可以像自由電荷一樣在納米粒子間移動。在到達末端後它們會使用非常小的分子將納米粒子連結在一起,所以這使得納米粒子非常密集地群聚在一起而又保持相互間各自的獨立性。納米粒子相互之間非常近,所以任何被太陽能電池所吸收的單個光子實際上都能夠使電子移動。

      關於此項研究工作更多的細節請參見Elise Talgorn等題為《Unity quantum yield of photogenerated charges and band-like transport in quantum-dot solids》的論文,該文發表於 《Nature Nanotechnology》的線上期刊, DOI: 10.1038/nnano.2011.159.


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