研究示意圖。圖片來源:物理學(xué)家組織網(wǎng)
韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院科學(xué)家借助新配體交換技術(shù),合成出基于有機(jī)陽離子的鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQD),開發(fā)出了迄今能效最高的量子點(diǎn)太陽能電池。這種新型太陽能電池即使儲(chǔ)能兩年多,效率仍不變,表現(xiàn)出非凡的穩(wěn)定性。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·能源》雜志。
量子點(diǎn)是半導(dǎo)體納米晶體,尺寸從幾納米到幾十納米不等??茖W(xué)家可根據(jù)顆粒大小控制其光電性能。PQD具有卓越的光電特性,只需簡(jiǎn)單噴涂或使用溶劑,無需在襯底上生長(zhǎng),制造過程簡(jiǎn)單且高效,因此引發(fā)極大關(guān)注。
但用量子點(diǎn)制造太陽能電池需要借助一種配體交換技術(shù),以減少量子點(diǎn)之間的距離。配體交換是一種將大分子(如配體受體)結(jié)合到量子點(diǎn)表面的過程。在這方面,PQD面臨極大挑戰(zhàn),包括在替代過程中,其晶體和表面會(huì)出現(xiàn)缺陷等。因此,目前PQD太陽能電池的最高效率為16%。
在最新研究中,團(tuán)隊(duì)采用了基于烷基碘化銨的配體交換策略,用具有良好太陽能利用率的有機(jī)PQD替代配體,制造出具有缺陷可控的量子點(diǎn)光活性層。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的量子點(diǎn)太陽能電池能效高達(dá)18.1%。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室認(rèn)定其為迄今已知能效最高的量子點(diǎn)太陽能電池。即使儲(chǔ)能兩年多,這種新型電池的性能也保持不變,具有非凡的穩(wěn)定性。
研究團(tuán)隊(duì)指出,以前對(duì)量子點(diǎn)太陽能電池的研究主要采用無機(jī)PQD。最新研究解決了與有機(jī)PQD相關(guān)的問題,未來有望催生更多量子點(diǎn)太陽能電池新產(chǎn)品。(劉霞)