新型光敏納米粒子可獲光電性能太陽能轉換效率達8％

寧志軍博士展示噴涂了膠體量子點的薄膜實驗樣品。

　　加拿大研究人員設計并測試了一種新型固態、穩定的光敏納米粒子——膠體量子點技術，該技術或將用于開發更為廉價、柔性的太陽能電池及更好的氣體感應器、紅外激光器、紅外發光二極管。此項研究成果發表在最新一期《自然·材料》上。

　　膠體量子點基于兩種類型的半導體收集陽光：N型（富電子）和P型（乏電子）。但N型半導體材料暴露于空氣中時，會與氧原子結合，失去其電子，轉變成P型材料。

　　論文第一作者、多倫多大學電氣與計算機工程系博士后寧志軍在接受科技日報記者采訪時說，其研究小組開發的新型膠體量子點技術，可使N型材料在暴露于空氣中時，不與氧結合。同時維持穩定的N型和P型層，不僅能提高光的吸收效率，還打開了同時獲得光捕獲和電傳導最佳性能的新型光電器件的大門，這也意味著可利用新技術開發出更復雜的氣象衛星、遙控設備、衛星通信或污染檢測儀。

　　寧志軍稱，這僅是此項材料創新研究的第一步，利用這種新材料可構建出新的器件結構。與普通硅材料電池相比，膠體量子點材料可在低溫下合成，耗能低且工藝簡單。這種溶液可處理的無機材料增強了電池的穩定性和便攜性。研究發現，碘是兼備高效和空氣穩定性的量子點太陽能電池的完美配體。

　　由于吸收光譜可達紅外區域，這種N-P混合型新材料可吸收更多光能，從而使太陽能轉換效率最高可達8％。改進性能還僅是這種新型量子點太陽能電池結構的開始，未來這些功能強勁的量子點可與油墨混合，噴涂或印刷到輕薄、柔軟的屋面瓦表面，從而大大降低太陽能電力的成本，造福普通民眾。

　　寧志軍介紹，膠體量子點太陽能光伏技術在最近10年里已取得飛速發展，太陽能轉換效率已從最初的0.1%提高到實驗室條件下的10%左右。但要實現該技術的商業化，還需持續改進其絕對性能，或電力轉換效率。

　　總編輯圈點

　　8%，比起現在單晶硅太陽能電池動輒20%以上的轉換效率來說似乎不值一提，但這種比較意義并不大，就像讓一個嬰兒和一個中年人去掰手腕一樣。要知道，兩年前膠體量子點電池的轉換效率才4.2%，現在是近一倍的增長；而硅基電池在無數研究機構的關注下要提高1%都已非常困難。更何況膠體量子點電池的理論轉化效率可達42%，硅基電池才31%。這絕對是一項蒸蒸日上的技術，但要商業化，效率需先提高到10%以上，才能與其他新型材料展開競爭。