首款双层量子点太阳能电池

多伦多大学(University of Toronto)的研究小组创造了第一款双层太阳能电池，制备成分为吸光纳米粒子，称为量子点(quantumdots)。量子点可进行调节，以吸收不同部分的太阳光谱，这只需改变它们的大小，量子点已经被看作是一种很有前途的方法，可以制备低成本太阳能电池，因为这些粒子可以喷涂到各种表面，很像油漆。但是，基于这种技术的电池效率太低，难以实用。研究人员发现了一种方法，把两种不同类型的量子点结合在一块太阳能电池中，就开辟了一条途径，使制成的这种电池更有效。

传统的太阳能电池进行调整，只能把一个波长的光转化成电能;其余的太阳光谱或者穿过，或者转换效率低下。为了利用更大比例的太阳光能量，制造商有时会堆叠材料，这样设计是为了捕获堆不同部分的光谱。两层电池称为串结电池(tandem-junctioncell)，理论上可以达到42%的效率，相比之下，单层电池的最高理论效率为31%。

多伦多大学研究人员的电池中，一层量子点经调整，可以捕捉可见光，而另一层捕捉红外光。研究人员还发现了一种方法，可以减少层间电阻，这一问题可能会限制两层电池的输出功率。他们引入一个过渡层，构成成分包含四种薄膜状的不同金属氧化物，这就可保持电阻“很好而又低，”特德·萨金特(TedSargent)说，他是多伦多大学电气和计算机工程教授，领导这项研究。研究人员选择透明的氧化物，用于这一层，使光线可穿过它们，到达底层电池。

这项成果已经介绍过，就发表在本周的《自然光子学》(Nature Photonics)杂志上，这是一种串结电池，可以捕获广范的光谱，效率为4.2%。萨金特说，这种方法可用于制造三层甚至四层，那可能会更好。该小组的目标是在五年内超过10%的效率，之后不断提高。传统太阳能电池板约有15%的效率，但量子点电池效率稍差，仍然具有优势，表现在太阳能发电的整体成本上，条件是它们证明可显著减少制造成本。

约翰•阿斯伯里(John Asbury)是宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)化学教授，他说，因为能够制成多层量子点电池，多伦多大学的团队就提升了这种技术的理论效率，从30%提高到近50%。但是，要接近这一效率的任何尺度，都需要大量的工作，以消除“陷波状态”(trapped states)，就是量子点材料中的一些地方，电子可能被困住。“量子点的这个问题，就是电子有很高概率不走向电极，虽然它们可以被集中在电极，这样就限制了它们的效率，”他说。“要真正产生影响，就意味着要开发一些策略，控制那些被困状态。”