新型太陽能電池堆疊兩個吸光層，一層捕捉太陽的可見光線，另一層采集紅外線部分，來源：多倫多大學

有一篇論文發(fā)表在《自然•光子學》（Nature Photonics）上，多倫多大學（Toronto University）工程研究人員報道了一種新的太陽能電池，可鋪平道路，制成廉價涂層，有效地把太陽光轉換為電能。

多倫多大學的研究人員中，領導者是特德•薩金特（Ted Sargent）教授，他們報告了第一款高效串聯(lián)太陽能電池（tandem solar cell），是以膠體量子點（CQD：colloidal quantum dots）為基礎。他說：“多倫多大學的這款設備是堆疊兩個吸光層，一層調整為捕捉太陽的可見光線，另一層設計為采集一半的太陽能，就是在紅外線的部分，”主要作者王西華（Xihua Wang）博士說。

“我們需要一個突破，要架構的接口就在可見光和紅外線交界處之間，”薩金特說，他是多倫多大學電氣和計算機工程教授，也是加拿大納米技術首席科學家（Canada Research Chair in Nanotechnology）。“這個小組研制出一種級聯(lián)（cascade），真正的瀑布形態(tài)，就是納米厚的材料，穿梭的電子就在可見光和紅外層之間。”

博士生伽達•科磊拉特（Ghada Koleilat）說，“我們需要一個新的戰(zhàn)略，我們稱之為梯度復合層（Graded Recombination Layer），這樣，我們的可見光和紅外光采集器就可以有效地聯(lián)接在一起，不會降低任何一層。”

這一小組開創(chuàng)了這種太陽能電池，它的制備就是使用膠體量子點，這種納米材料很容易調整，可以響應特定波長的可見光和不可見光譜。因為捕捉這樣范圍廣泛的光波，比普通太陽能電池更廣泛，所以，串聯(lián)膠體量子點太陽能電池（tandem CQD solar cells）原則上可以達到高達42％的效率。最好的單結太陽能電池（single-junction solar cells）局限于最高31％的效率。在現(xiàn)實中，太陽能電池在屋頂上和消費產(chǎn)品中，只有14至18％的效率。這項工作發(fā)展了多倫多大學小組世界領先的的產(chǎn)品，就是5.6%效率的膠體量子點太陽能電池。

“制造高效、劃算的太陽能電池是一個巨大的全球性挑戰(zhàn)。多倫多大學是非常自豪的，它是這一領域的世界級領導，”法里德•納吉姆（Farid Najm）教授說，他是電氣與計算機工程系愛德華•羅杰斯主任（Chair of The Edward S. Rogers Sr.）。

薩金特希望，在五年內，太陽能電池使用分級復合層的，就是發(fā)表在《自然•光子學》論文中的那種，將會集成到建材、移動設備和汽車零部件中。

“太陽能團體以及全世界，都需要太陽能電池具有超過10％的效率，而這極大地提高了今天光伏組件的零售價，”薩金特說。“這一進展照亮了一條實際的道路，可以設計高效太陽能電池，充分利用各種不同的光子，這些光子組成太陽的廣泛調色板。”

這一出版物所依賴的部分工作，支持獎金來自阿卜杜拉國王科技大學（KAUST：King Abdullah University of Science and Technology），加拿大安大略省杰出研究項目研究基金（Ontario Research Fund Research Excellence Program）以及加拿大自然科學和工程研究理事會（NSERC：Natural Sciences and Engineering Research Council）。設備來自埃工程和創(chuàng)新技術機構（Angstrom Engineering and Innovative Technology），使這項研究成為可能。