量子点技术提升太阳能电池效率

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量子点技术目前已经能商业化,用于提高产量以及扩大超高画质(UHD)电视的色彩范围,以免于仰赖中国几乎垄断市场的稀土元素。然而,根据美国布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory;BNL)的研究发现,量子点也可以用于吸收光源,从而提高太阳光电(PV)、光催化剂、光感测器以及其他光电元件的输出量。


“我们开发出特殊的2D材料系统——硫化锡(SnS2),它类似于矽(Si)之处在于具有间接能隙,虽然无法直接为发光二极体(LED)提供足够的电致发光,但采用二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2 )等其他具有高发光量的2-D材料,可为LED提供Qdot-2D混合架构,”主导这项研究的BNL功能奈米材料中心(CFN )物理化学家Mircea Cotlet表示。CFN中心隶属于美国能源部(DoE)科学使用者设施办公室(Office of Science User Facility)。

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研究人员展示掺杂量子点的奈米材料
(来源:Brookhaven)

研究人员们在层叠的金属硫属半导体集中光能接收器以及一种或多种正电元素,如硫化物、硒化物与碲化物,而非氧化物。布鲁克海文国家实验室并与石溪大学(Stony Brook University)、内布拉斯加大学(University of Nebraska)共同合作。

研究人员表示,这种途径利用量子点在不同光谱的光采集特性,并掺杂硫化锡层的导电率,因此可说是一种混合材料。经由量子点吸收与其直径相应的光频率,并将其能量转化为至硫化钖半导体。结果证明这是一种可转换PV与其他类似光感测器的理想材料。

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单个奈米晶体光谱可辨识零维CdSe/ZnS奈米晶体(量子点)与2D层叠硫化锡之间的互动作用,其强度随着硫化锡层数量增加而提高
(来源:Brookhaven)

2D硫化锡也具有较高的表面与容积比,遗憾的是,还必须藉由量子点提升其光吸收量,才足以实现商用化与光采集器。不过,研究人员在为其增加量子点后,即观察到光转化为电的能力提升了500%,让研究人员相信这一研究结果的可行性。

Cotlet表示,“这种能量转换是让2D硫化锡大幅提高光吸收量的过程。”

而在实验室中,研究人员发现,增加大量的硫化锡层同样也能提高材料的性能,并证明可成功打造光场效电晶体(FET)的概念。下一步,研究人员将会利用化学气相沈积方式,试着最佳化低成本生长的材料,以期实现商用化。

 

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