量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池的工作原理

量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池(QDSC)是用半導(dǎo)體量子點(diǎn)作為光捕獲材料的敏化太陽(yáng)電池。近日，華東理工大學(xué)化學(xué)學(xué)院鐘新華教授課題組在此研究領(lǐng)域取得重大突破，將該類電池光電轉(zhuǎn)換效率提升到經(jīng)國(guó)家光伏質(zhì)檢中心認(rèn)證的11.6%，較先前創(chuàng)造的9.0%紀(jì)錄提高了29%。相關(guān)研究成果在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上發(fā)表。

QDSC因具有高效率、低成本等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力的低成本第3代太陽(yáng)能電池，具有重要的商業(yè)開(kāi)發(fā)潛力和理論研究?jī)r(jià)值。雖然近年來(lái)QDSC的效率取得了令人鼓舞的進(jìn)展(從2012的5%提高至數(shù)月前的9.0%)，但10%轉(zhuǎn)換效率這一太陽(yáng)電池商業(yè)應(yīng)用的門檻，對(duì)QDSC來(lái)說(shuō)仍是可望而不可及。另一方面，目前大部分高效率QDSC均是基于含高毒性鉛、鎘元素的量子點(diǎn)，這無(wú)疑將影響其日后商業(yè)應(yīng)用。

基于“綠色”環(huán)保材料理念，鐘新華課題組設(shè)計(jì)合成出具有優(yōu)異光電性能的不含高毒性重金屬的Zn-Cu-In-Se (ZCISe)合金量子點(diǎn)光捕獲材料，并取得了11.61%的認(rèn)證效率。這一結(jié)果為所有類型量子點(diǎn)太陽(yáng)電池(包括敏化構(gòu)型及異質(zhì)結(jié)構(gòu)型)的最高效率，同時(shí)也將QDSC光伏性能第一次提升到了與同類型染料敏化太陽(yáng)電池相同水平。

據(jù)介紹，該工作主要由化學(xué)學(xué)院碩士研究生杜駿、博士研究生杜中林及中科院化學(xué)所胡勁松研究員完成，同時(shí)得到了日本Electro-Communications大學(xué)Qing Shen教授、華東理工大學(xué)化工學(xué)院龍東輝教授、東南大學(xué)孫立濤教授等課題組的通力協(xié)作。該研究成果也是華東理工大學(xué)化學(xué)學(xué)院龍億濤教授領(lǐng)銜的基金委創(chuàng)新群體“面向能源的光電轉(zhuǎn)換材料”項(xiàng)目又一新成果。