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近日，中國科學院深圳先進技術研究院喻學鋒研究員與中南大學冶金與環(huán)境學院楊英副教授以及物理與電子學院肖思副教授等合作，在黑磷光伏器件應用領域取得重要研究進展。相關論文“Black phosphorus quantum dots based photocathodes in wideband bifacial dye-sensitized solar cells”，在線發(fā)表于材料學領域權威刊物Advanced Materials，影響因子18.960。
黑磷，作為一種具有二維層狀結構的直接帶隙半導體材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的光學和電學性能，被廣泛視為新的“超級材料”，在半導體工業(yè)、光電器件、光學探測、生物醫(yī)藥等多個領域展現(xiàn)出巨大的潛在應用價值。研究團隊創(chuàng)新性地將大小僅為幾個納米的黑磷量子點應用于構筑染料敏化太陽能電池的光陰極。染料敏化太陽能電池具有成本低廉、工藝簡單且環(huán)境友好等優(yōu)點，而實現(xiàn)太陽能電池高轉化效率的首要途徑就是盡可能提高太陽光的利用率。
團隊利用黑磷量子點的近紅外強吸收和高光電轉換能力，將黑磷量子點沉積于多孔導電聚苯胺薄膜表面，制備出可紅外光響應的光陰極，與光陽極形成互補的光吸收，將器件的光吸收范圍擴展至可見-紅外波段，從而組裝成可雙面進光的準固態(tài)染料敏化太陽能電池。電池性能測試結果表明，沉積黑磷量子點后光陰極實現(xiàn)了對低能紅外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生載流子濃度，從而將太陽能電池的光電轉換效率提高了20%。該研究成果表明黑磷量子點在太陽能電池、光伏器件等領域的巨大應用潛力。
圖（左上）黑磷量子點的溶液和透射電鏡照片；（右上）電池光陰極結構圖；（左下）聚苯胺/黑磷光陰極以及TiO2光陽極吸收光譜圖；（右下）基于黑磷光陰極的準固態(tài)染料敏化太陽能電池光電性能曲線。
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