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首款双层量子点太阳能电池问世

发表于:2011-07-13 00:00:00     来源:麻省理工

索比光伏网讯:多伦多大学(University of Toronto)的研究小组创造了第一款双层太阳能电池,制备成分为吸光纳米粒子,称为量子点(quantumdots)。量子点可进行调节,以吸收不同部分的太阳光谱,这只需改变它们的大小,量子点已经被看作是一种很有前途的方法,可以制备低成本太阳能电池,因为这些粒子可以喷涂到各种表面,很像油漆。但是,基于这种技术的电池效率太低,难以实用。研究人员发现了一种方法,把两种不同类型的量子点结合在一块太阳能电池中,就开辟了一条途径,使制成的这种电池更有效。

  传统的太阳能电池进行调整,只能把一个波长的光转化成电能;其余的太阳光谱或者穿过,或者转换效率低下。为了利用更大比例的太阳光能量,制造商有时会堆叠材料,这样设计是为了捕获堆不同部分的光谱。两层电池称为串结电池(tandem-junctioncell),理论上可以达到42%的效率,相比之下,单层电池的最高理论效率为31%。

  多伦多大学研究人员的电池中,一层量子点经调整,可以捕捉可见光,而另一层捕捉红外光。研究人员还发现了一种方法,可以减少层间电阻,这一问题可能会限制两层电池的输出功率。他们引入一个过渡层,构成成分包含四种薄膜状的不同金属氧化物,这就可保持电阻“很好而又低,”特德·萨金特(TedSargent)说,他是多伦多大学电气和计算机工程教授,领导这项研究。研究人员选择透明的氧化物,用于这一层,使光线可穿过它们,到达底层电池。

  这项成果已经介绍过,就发表在本周的《自然光子学》(Nature Photonics)杂志上,这是一种串结电池,可以捕获广范的光谱,效率为4.2%。萨金特说,这种方法可用于制造三层甚至四层,那可能会更好。该小组的目标是在五年内超过10%的效率,之后不断提高。传统太阳能电池板约有15%的效率,但量子点电池效率稍差,仍然具有优势,表现在太阳能发电的整体成本上,条件是它们证明可显著减少制造成本。

  约翰·阿斯伯里(John Asbury)是宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)化学教授,他说,因为能够制成多层量子点电池,多伦多大学的团队就提升了这种技术的理论效率,从30%提高到近50%。但是,要接近这一效率的任何尺度,都需要大量的工作,以消除“陷波状态”(trapped states),就是量子点材料中的一些地方,电子可能被困住。“量子点的这个问题,就是电子有很高概率不走向电极,虽然它们可以被集中在电极,这样就限制了它们的效率,”他说。“要真正产生影响,就意味着要开发一些策略,控制那些被困状态。”
责任编辑:solar_robot
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