美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員首次制造出外量子效率超過100%的太陽電池,即單位時間內(nèi)流過太陽電池外部電路的電子數(shù)量,超過了單位時間內(nèi)進(jìn)入太陽電池的光子數(shù)量。外量子效率超過100%,意味著太陽電池吸收單個高能光子,會產(chǎn)生多個激子。這項成果發(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)體量子點材料實現(xiàn)的。量子點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)過乙二硫醇和肼處理的硒化鉛量子點層,以及用于頂電極的黃金層。
這項研究是低光照度條件下運(yùn)行的量子點太陽電池的外量子效率首次突破100%。該電池在模擬陽光下的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到4.5%。雖然這些太陽電池未經(jīng)優(yōu)化,因此表現(xiàn)出的轉(zhuǎn)換效率相對較低,但在太陽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)果為提高太陽電池效率開辟了一條新的未被探索過的路徑。
該研究結(jié)果另一重要意義在于,它適合于此前采用時間分辨光譜測量多激子生成的方法,從而驗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)率被稱為內(nèi)量子效率。由于部分入射光子會被反射或被電池內(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??紤]到這些情況,該研究中內(nèi)量子產(chǎn)率的峰值可達(dá)到130%。
美科學(xué)家制造出外量子效率超過100%的太陽電池
時間:2012-02-13
導(dǎo)語:美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員首次制造出外量子效率超過100%的太陽電池,即單位時間內(nèi)流過太陽電池外部電路的電子數(shù)量,超過了單位時間內(nèi)進(jìn)入太陽電池的光子數(shù)量。
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