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在每個(gè)量子點(diǎn)之間摻雜一定數(shù)目的電子，可誘發(fā)電子的各種轉(zhuǎn)換，更好地利用紅外輻射，
（左）量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。（中）比較太陽(yáng)能電池不同水平的摻雜。（右）三維電勢(shì)剖面（potential profile）的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。來(lái)源：美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)。
在過(guò)去的幾年里，研究人員一直在利用量子點(diǎn)，增加光線吸收，提高太陽(yáng)能電池的整體效率。如今，研究人員又邁出了一步，他們證明，量子點(diǎn)帶有內(nèi)置電荷，可以提高效率，使砷化銦/砷化鎵（InAs / GaAs）量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池效率提高50％以上。
研究人員中，金佰利•薩布?。↘imberly Sablon）和約翰W•里特爾（John W. Little）來(lái)自馬里蘭州（Maryland）阿德?tīng)柗疲ˋdelphi）美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（US Army Research Laboratory），弗拉基米爾•米?。╒ladimir Mitin），安德烈•謝爾蓋耶夫（Andrei Sergeev）和尼扎米•瓦基多夫（Nizami Vagidov）來(lái)自紐約布法羅大學(xué)（University of Buffalo），基特•萊因哈特（Kitt Reinhardt）來(lái)自弗吉尼亞州（Virginia）阿靈頓（Virginia）美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室（AFOSR：The Air Force Office of Scientific Research），他們已發(fā)表了研究結(jié)果，討論提高太陽(yáng)能電池效率，就發(fā)表在近期出版的《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。
在他們的研究中，研究人員探討了異質(zhì)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池與砷化銦/砷化鎵量子點(diǎn)。作為光伏材料，量子點(diǎn)可以利用紅外輻射（infrared radiation），把它轉(zhuǎn)化為電能。但是，量子點(diǎn)又提高了載流子（photocarriers）重組，降低了光電流（photocurrent）。出于這個(gè)原因，直到現(xiàn)在，采用量子點(diǎn)提高光伏效率，一直局限于幾個(gè)百分點(diǎn)。
在這里，研究人員提出，給量子點(diǎn)充電，可采用選擇性的點(diǎn)間（interdot）摻雜。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員比較了幾個(gè)摻雜度，就是2個(gè)，3個(gè)和6個(gè)額外的電子摻雜每個(gè)量子點(diǎn)，結(jié)果為光伏效率提高4.5％，30％和50％，這是分別對(duì)比未摻雜的太陽(yáng)能電池。6個(gè)電子的摻雜水平是50％的提高，相當(dāng)于整體效率從9.3％（非摻雜太陽(yáng)能電池）提高到14％。
研究人員認(rèn)為，這種大幅度提高的光伏效率是來(lái)自兩個(gè)基本效果。首先，內(nèi)置點(diǎn)電荷（built-in-dot charge）誘發(fā)各種轉(zhuǎn)換的電子，提高利用紅外輻射。其次，內(nèi)置點(diǎn)電荷產(chǎn)生勢(shì)壘（potential barriers），這些勢(shì)壘圍繞量子點(diǎn)，抑制電子捕獲過(guò)程，不讓它們返回量子點(diǎn)。勢(shì)壘的作用以前已經(jīng)使用過(guò)，研究人員用以提高紅外探測(cè)器的靈敏度。
此外，研究人員預(yù)測(cè)，進(jìn)一步提高摻雜度，將導(dǎo)致更強(qiáng)勁的效率提高，因?yàn)闆](méi)有表現(xiàn)出飽和。今后，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步研究，這些效果如何相互影響，在更高摻雜度的情況。他們預(yù)測(cè)，進(jìn)一步提高摻雜量和輻射強(qiáng)度，將導(dǎo)致更強(qiáng)大的效率提升，因?yàn)闆](méi)有飽和跡象。
“這種方法和原理已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，這項(xiàng)研究，適用于大量的光電設(shè)備，都是采用量子點(diǎn)和納米晶體，這項(xiàng)些備比如聚合物塑料電池（polymer plastic cells）和染料敏化多孔金屬氧化物Gratzel電池（dye-sensitized porous metal oxide Gratzel cells），”謝爾蓋耶夫博士說(shuō)。“有效利用和轉(zhuǎn)換紅外輻射是因?yàn)閮?yōu)化了電子空穴動(dòng)力學(xué)（electron-hole kinetics），結(jié)構(gòu)上采用量子點(diǎn)和納米晶體，帶來(lái)的潛在突破，是在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化方面。”
本文為麻省理工《科技創(chuàng)業(yè)》原創(chuàng)文章，未經(jīng)書(shū)面許可，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載使用。
（左）量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。（中）比較太陽(yáng)能電池不同水平的摻雜。（右）三維電勢(shì)剖面（potential profile）的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。來(lái)源：美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)。
在過(guò)去的幾年里，研究人員一直在利用量子點(diǎn)，增加光線吸收，提高太陽(yáng)能電池的整體效率。如今，研究人員又邁出了一步，他們證明，量子點(diǎn)帶有內(nèi)置電荷，可以提高效率，使砷化銦/砷化鎵（InAs / GaAs）量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池效率提高50％以上。
研究人員中，金佰利•薩布?。↘imberly Sablon）和約翰W•里特爾（John W. Little）來(lái)自馬里蘭州（Maryland）阿德?tīng)柗疲ˋdelphi）美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（US Army Research Laboratory），弗拉基米爾•米?。╒ladimir Mitin），安德烈•謝爾蓋耶夫（Andrei Sergeev）和尼扎米•瓦基多夫（Nizami Vagidov）來(lái)自紐約布法羅大學(xué)（University of Buffalo），基特•萊因哈特（Kitt Reinhardt）來(lái)自弗吉尼亞州（Virginia）阿靈頓（Virginia）美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室（AFOSR：The Air Force Office of Scientific Research），他們已發(fā)表了研究結(jié)果，討論提高太陽(yáng)能電池效率，就發(fā)表在近期出版的《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。
在他們的研究中，研究人員探討了異質(zhì)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池與砷化銦/砷化鎵量子點(diǎn)。作為光伏材料，量子點(diǎn)可以利用紅外輻射（infrared radiation），把它轉(zhuǎn)化為電能。但是，量子點(diǎn)又提高了載流子（photocarriers）重組，降低了光電流（photocurrent）。出于這個(gè)原因，直到現(xiàn)在，采用量子點(diǎn)提高光伏效率，一直局限于幾個(gè)百分點(diǎn)。
在這里，研究人員提出，給量子點(diǎn)充電，可采用選擇性的點(diǎn)間（interdot）摻雜。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員比較了幾個(gè)摻雜度，就是2個(gè)，3個(gè)和6個(gè)額外的電子摻雜每個(gè)量子點(diǎn)，結(jié)果為光伏效率提高4.5％，30％和50％，這是分別對(duì)比未摻雜的太陽(yáng)能電池。6個(gè)電子的摻雜水平是50％的提高，相當(dāng)于整體效率從9.3％（非摻雜太陽(yáng)能電池）提高到14％。
研究人員認(rèn)為，這種大幅度提高的光伏效率是來(lái)自兩個(gè)基本效果。首先，內(nèi)置點(diǎn)電荷（built-in-dot charge）誘發(fā)各種轉(zhuǎn)換的電子，提高利用紅外輻射。其次，內(nèi)置點(diǎn)電荷產(chǎn)生勢(shì)壘（potential barriers），這些勢(shì)壘圍繞量子點(diǎn)，抑制電子捕獲過(guò)程，不讓它們返回量子點(diǎn)。勢(shì)壘的作用以前已經(jīng)使用過(guò)，研究人員用以提高紅外探測(cè)器的靈敏度。
此外，研究人員預(yù)測(cè)，進(jìn)一步提高摻雜度，將導(dǎo)致更強(qiáng)勁的效率提高，因?yàn)闆](méi)有表現(xiàn)出飽和。今后，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步研究，這些效果如何相互影響，在更高摻雜度的情況。他們預(yù)測(cè)，進(jìn)一步提高摻雜量和輻射強(qiáng)度，將導(dǎo)致更強(qiáng)大的效率提升，因?yàn)闆](méi)有飽和跡象。
“這種方法和原理已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，這項(xiàng)研究，適用于大量的光電設(shè)備，都是采用量子點(diǎn)和納米晶體，這項(xiàng)些備比如聚合物塑料電池（polymer plastic cells）和染料敏化多孔金屬氧化物Gratzel電池（dye-sensitized porous metal oxide Gratzel cells），”謝爾蓋耶夫博士說(shuō)。“有效利用和轉(zhuǎn)換紅外輻射是因?yàn)閮?yōu)化了電子空穴動(dòng)力學(xué)（electron-hole kinetics），結(jié)構(gòu)上采用量子點(diǎn)和納米晶體，帶來(lái)的潛在突破，是在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化方面。”
本文為麻省理工《科技創(chuàng)業(yè)》原創(chuàng)文章，未經(jīng)書(shū)面許可，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載使用。
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