量子�(diǎn)太陽(yáng)�電池,是第三代太�(yáng)�光伏電池,也是目�、最�太陽(yáng)能電�之一,其尺度介于宏觀固體與微觀原子、分子之�,在理論�(jì)算時(shí)可當(dāng)作大分子處理。與其它吸光材料相比,量子點(diǎn)具有�(dú)特的�(yōu)�(shì):量子尺寸效�(yīng)。通過改變半導(dǎo)�量子�(diǎn)的大小,就可以使太陽(yáng)能電池吸收特定波�(zhǎng)的光�,即小量子點(diǎn)吸收短波�(zhǎng)的光,而大量子�(diǎn)吸收�(zhǎng)波長(zhǎng)的光�
量子�(diǎn)的典型尺寸為1�10納米,包含幾�(gè)到幾十�(gè)原子,由于荷電載流子的運(yùn)�(dòng)在量子點(diǎn)受到三維的限�,能量發(fā)生量子化。量子點(diǎn)具有許多特�,如具有巨電�(dǎo),可變化的帶�,可變化的光譜吸收性等,這些特性使得量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池可大大提高光電�(zhuǎn)化率,與目前的多晶硅太陽(yáng)能電池相比,生產(chǎn)能耗可減少20%,光電效率可增加50%�1倍以�,并降低昂貴的材料費(fèi)用�
量子�(diǎn)最為太�(yáng)能光伏電池將能起到以下作用:
1 吸收系數(shù)增大:量子點(diǎn)限域效應(yīng)使能隙隨粒徑變小而增�,所以量子點(diǎn)�(jié)�(gòu)材料可以吸收寬光譜的太陽(yáng)��
2 帶間躍遷,形成子帶:其光譜是由于帶間躍遷的一系列線譜組成。帶間躍遷可以使得入射光子能量小于主帶隙的光子轉(zhuǎn)化為載流子的�(dòng)�??梢杂卸鄠€(gè)帶隙一起作用,�(chǎn)生電�-空穴�(duì)�
3 量子隧道效應(yīng)與載流子的輸�(yùn):光伏現(xiàn)象的�(shí)�(zhì)是材料內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換特�,與電子的輸�(yùn)特性有密切�(guān)系�
太陽(yáng)能電�、交通領(lǐng)�、通訊/通信�(lǐng)�、石油、海�、氣象領(lǐng)�、家庭燈具電源和光伏電站�,還可以利用其優(yōu)越的納米特性與光電功能�(fā)展軍事用途、建筑物外表(包括玻璃窗及現(xiàn)有的屋頂材料附上一層納米硅)發(fā)�、整部汽車外表發(fā)電和衣服�(fā)電等�
近日,美�(guó)圣母大學(xué)(University of Notre Dame)一研究小組制備出世界上首例具有多種尺寸量子�(diǎn)的太�(yáng)能電�,在TiO2納米薄膜表面以及納米管上組裝CdSe量子�(diǎn),吸收光線以�,CdSe向TiO2放射電子,再在傳�(dǎo)電極上收�,�(jìn)而產(chǎn)生光電流。他們研究了2.3�3.7 nm四種不同粒徑的量子點(diǎn),它�?cè)?05�580 nm波段上具有不同的吸收�。研究人員Prashant V. Kamat介紹說,TiO2納米管上固定CdSe量子�(diǎn)能夠形成�(guī)整的組裝�(jié)�(gòu),不僅可以使電子有效地傳輸至電極表面,還能提高電池效�。長(zhǎng)度為800 nm的納米管�(nèi)外表面均可組裝量子點(diǎn),其傳輸電子的效率較薄膜高。研究發(fā)�(xiàn),小的量子點(diǎn)能以更快的速度將光子轉(zhuǎn)換為電子,而大的量子點(diǎn)則可以吸收更多的入射光子�3 nm的量子點(diǎn)具有的折中效�,但一并改善轉(zhuǎn)換和吸收效率的工作仍在繼�(xù)。此外,研究人員還計(jì)劃下一步將這些量子�(diǎn)按一定的�(guī)則組�,從而開�(fā)出“彩虹式”太�(yáng)電池:電池表面的小量子點(diǎn)吸收�(lán)光,穿過表面層的紅光被內(nèi)層的大量子點(diǎn)吸收。這有望提高電池的效率�30%以上,而傳�(tǒng)的硅電池僅為15�20%。相�(guān)研究工作將發(fā)表在《美�(guó)化學(xué)�(huì)志》(JACS)上�