量子点太阳能电池外量子效率首超100%

来源：科技日报 发布日期：2011年12月19日

科技日报讯（记者刘霞）据美国物理学家组织网12月16日（北京时间）报道，美国国家可再生能源实验室（NREL）研制出一种新式的量子点太阳能电池，当其被太阳能光谱的高能区域发出的光子激活时，会产生外量子效率最高达114%的感光电流。发表于12月16日出版的《科学》杂志上的这一最新研究为科学家们研制出第三代太阳能电池奠定了基础。

当光子入射到太阳能电池表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成感光电流，此时产生的电子数与入射光子数之比称为感光电流的外量子效率。迄今为止，还没有任何一种太阳能电池在太阳能光谱内光波的照射下，显示出超过100%的外量子效率。

现在，NREL团队首次在量子点太阳能电池上实现了这一点。他们在一个叠层量子点太阳能电池上获得了114%的外量子效率。该电池由具有减反光涂层的玻璃（其包含有一薄层透明的导体）、一层纳米结构的氧化锌、一层经过处理的硒化铅量子点以及薄薄一层用作电极的金组成。

太阳能光子产生超过100%外量子效率基于载子倍增（MEG）过程，借助这一过程，单个被吸收的高能光子能激发多个电子空穴对。NREL团队首次在量子点太阳能电池的感光电流内展示了MEG，科学家们可借此改善太阳能电池的转化效率。研究结果显示，在模拟太阳光的照射下，新量子点太阳能电池的光电转化效率高于4.5%。目前，这种太阳能电池还没有达到最优化，因此，其能源转化效率相对来说偏低。

与传统的太阳能电池相比，量子点太阳能电池内的MEG能将电池的理论热力能转化效率提高35%；量子点太阳能电池也可使用廉价且产量高的卷对卷制程制造而成；其另外一个优势是每单位面积的制造成本很低，科学家们将其称为第三代（下一代）太阳能电池。

总编辑圈点

所谓第一代太阳能电池是指目前最常见的晶体硅电池，第二代是薄膜电池；第三代，则应该是具有更高转化效率的新型电池的总称。而让单个高能光子激发多个电子空穴对正是提高转化效率的途径之一。不过现有技术并不能有效分离、收集大量的电子空穴对，这也就是新电池转化效率偏低的主要原因。虽然现在看起来，让这么多自由电子白白溜走显得过于奢侈，但如此高的外量子效率还是让我们备受鼓舞——一旦突破电子空穴对收集的技术瓶颈，太阳能电池的发展将会翻开全新一页！