美科學(xué)家制造出外量子效率超過(guò)100%的太陽(yáng)電池

時(shí)間：2012-02-13

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導(dǎo)語(yǔ)：美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員首次制造出外量子效率超過(guò)100%的太陽(yáng)電池，即單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)太陽(yáng)電池外部電路的電子數(shù)量，超過(guò)了單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入太陽(yáng)電池的光子數(shù)量。

      美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的研究人員首次制造出外量子效率超過(guò)100%的太陽(yáng)電池，即單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)太陽(yáng)電池外部電路的電子數(shù)量，超過(guò)了單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入太陽(yáng)電池的光子數(shù)量。外量子效率超過(guò)100%，意味著太陽(yáng)電池吸收單個(gè)高能光子，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)激子。這項(xiàng)成果發(fā)表在日前出版的《科學(xué)》雜志上多激子的產(chǎn)生是研究的關(guān)鍵，這是借助半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料實(shí)現(xiàn)的。量子點(diǎn)材料可以將載流子限制在其微小體積內(nèi)，獲取多余能量，防止能量以熱量形式散發(fā)，從而大大提高效率，將光子轉(zhuǎn)化為電能。
      研究人員此次達(dá)到的外量子效率為114%，他們采用了由抗反射鍍膜玻璃組成的電池，包括透明導(dǎo)電層，納米結(jié)構(gòu)氧化鋅層，經(jīng)過(guò)乙二硫醇和肼處理的硒化鉛量子點(diǎn)層，以及用于頂電極的黃金層。
      這項(xiàng)研究是低光照度條件下運(yùn)行的量子點(diǎn)太陽(yáng)電池的外量子效率首次突破100%。該電池在模擬陽(yáng)光下的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到4.5%。雖然這些太陽(yáng)電池未經(jīng)優(yōu)化，因此表現(xiàn)出的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，但在太陽(yáng)電池光電流中展示了多激子的生成仍然具有重要意義，這一結(jié)果為提高太陽(yáng)電池效率開(kāi)辟了一條新的未被探索過(guò)的路徑。
      該研究結(jié)果另一重要意義在于，它適合于此前采用時(shí)間分辨光譜測(cè)量多激子生成的方法，從而驗(yàn)證了此前的多激子生成研究。如果考慮被電池光敏區(qū)域?qū)嶋H吸收的光子數(shù)量，從而對(duì)外量子效率進(jìn)行修正，則結(jié)果與此前的研究能夠很好地吻合。在這種情況下，被確定的量子產(chǎn)率被稱(chēng)為內(nèi)量子效率。由于部分入射光子會(huì)被反射或被電池內(nèi)非光電流生成區(qū)域所吸收，因此內(nèi)量子效率比外量子效率要高。考慮到這些情況，該研究中內(nèi)量子產(chǎn)率的峰值可達(dá)到130%。

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