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量子点敏化太阳电池转换效率首超8%

2015年04月23日08:38    来源:中国科学报    手机看新闻
原标题:量子点敏化太阳电池转换效率首超8%

4月20日,记者从华东理工大学获悉,该校化学学院钟新华课题组在量子点敏化太阳电池(QDSC)的研究中再次取得重大突破,将该类电池光电转换效率纪录提升到经第三方认证的8.21%,较先前由该课题组创造的6.82%的纪录提高了20%。相关成果发表于《美国化学会志》。

高效率、低成本太阳电池是解决化石能源枯竭、气候变暖等问题的有效途径。QDSC采用具有独特优异光电性能的半导体纳米晶(又称量子点,QD)作为敏化吸光材料,被认为是最有潜力的低成本第三代太阳电池,具有重要的商业开发潜力和理论研究价值。

然而,受制于严重的电荷复合,先前的QDSC转换效率纪录一直处于6%~7%。因此,抑制电荷复合成为提高电池效率的必由之路。通过密度泛函理论计算,研究人员发现,随着分别沉积硫化锌及硫化锌/二氧化硅后,电子态密度在二氧化钛板层结构的最外原子层占比分别降低1~2个数量级。电子态密度的降低对应着光阳极二氧化钛界面电荷复合的抑制。

亚皮秒分辨太赫兹谱证实了上述理论计算预测的结果。阻抗谱测试也清楚地表明,硫化锌、二氧化硅宽能带材料的包覆可大幅提高复合阻抗值及电子扩散距离,从而有效抑制复合。光电测试结果表明,在量子点敏化的二氧化钛光阳极膜上顺序沉积硫化锌、二氧化硅可将镉硒碲QDSC的开路电压显著提高,相应的电池平均效率从2.53%提高到8.37%,而现在的官方认证效率为8.21%。

据介绍,钟新华课题组近年来致力于QDSC的研究,将模拟太阳光下QDSC光电转换效率从徘徊多年的4%~5%逐步提高到经认证的8.2%的新纪录,使预期的“高效率、低成本”优势逐步得以展现。(黄辛 房树芬)

(责编:王凤一(实习生)、马丽)


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