加拿大多伦多大学研发胶体量子点太阳能电池实现6%转换效率

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加拿大多伦多大学研发胶体量子点太阳能电池实现6%转换效率

加拿大多伦多大学（University of Toronto）、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science&Technology,KAUST）与美国宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）研究人员共同研发胶体量子点（Colloidal Quantum Dots,CQD）太阳能电池，在大气质量（Air Mass,AM）为1.5G的条件下其转换效率达6%。

胶体一般是指悬浮液中的金属元素，例如胶质银。而量子点是指包括硒化镉、砷化铟、锌等在内的半导体材料纳米级微粒，通常大小约为2～10 nm，宽度为50个原子。量子点越小，其发射光越接近光谱蓝色端；而量子点越大，则越接近红色端。量子点可制成粉末或溶液加以利用，通过批量生产将量子点在多层薄膜上进行喷涂或印刷，可用于制造薄膜太阳能面板或光伏建筑一体化（Building-Integrated Photovoltaic，BIPV）产品。

量子点可喷涂在包括塑料等在内的柔性材料表面，有利于降低太阳能电池生产成本并获得比硅基太阳能电池更高的耐用性。目前有关专家所面临的难题是如何实现电池高性能与轻便的平衡。量子点通常采用有机分子予以覆盖，将其喷涂在材料表面后量子点将增厚1～2 nm。研究人员采用单价卤素阴离子无机配位体（inorganic ligands）替代有机分子以使量子点结合更紧密，占用空间更少。该配位体胶体特性与有机分子相同，但体积更小。

利用无机配位体制造的CQD薄膜太阳能电池与其他类型CQD薄膜太阳能电池相比，其整体电能转换效率更高。该结果已获得经美国国家可再生能源实验室（US National Renewable Energy Laboratory）授权的Newport公司技术和应用中心光伏发电实验室证实。来自多伦多大学的加拿大纳米技术首席研究员（Canada Research Chair in Nanotechnology）Ted Sargent表示，这是CQD太阳能电池首次实现转换效率5%以上。宾夕法尼亚州立大学John Asbury称，该研究证明采用单价卤素阴离子作为无机配位体在消除电荷陷阱（charge trap）的同时可将量子点紧密结合，有助于加强电池内自由电子快速顺畅移动，消除p型硫化铅（PbS）胶体量子点薄膜表面缺陷。

CQD薄膜在室温和环境大气（ambient atmosphere）条件下采用沉积方法进行制备，适用于采用低成本卷对卷（roll-to-roll）方式予以制造。研究人员表示，迄今为止尚未发现使用无机配位体存在任何缺陷，其优点是不仅可提升效率，还能增强太阳能电池稳定性。该技术若要实现商业化应用，电池转换效率需达10%以上。目前研究人员正试图采用进一步降低阻碍电子运动的电荷陷阱密度和能量的方法加快该目标的实现，

摘译自互联网