量子點可提高太陽電池效率
- 上線日期：2010/7/12 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家發現藉由量子點(quantum dot)之助，太陽電池的效率可望由目前的30%提昇至60%以上。在傳統太陽電池中，能量較高的陽光通常以熱的形式浪費掉，而半導體奈米微晶或量子點可以擷取這部份能量，元件效能因此得以提高。
一般矽基半導體太陽電池的最高轉換效率為31%(單晶矽)，而市售產品多半不到20%，原因在於能量大於半導體能隙的光子會產生「熱」電荷載子(即電子與電洞)，這些載子在幾皮秒內落至能帶邊緣，並將多餘的能量以聲子(晶格振動或熱)的形式釋出。如果能在這些能量轉換成廢熱前加以擷取，能量轉換效率將可增加至66%。
2008年芝加哥大學的Philippe Guyot-Sionnest團隊證實熱電子在半導體奈米晶體中的移動會變慢。最近德州大學的Xiaoyang Zhu與明尼蘇達州立大學的合作者又找到了如何在電子能量消失前捕1獲它們的方法。他們發現電子可以從光激發(photo-excited)的硒化鉛(PbSe)奈米晶體，轉移至相鄰的二氧化鈦(TiO2)導電層。雖然實驗採用的是硒化鉛量子點，但此方法對其他量子點也管用。
研究人員選用PbSe是因為它的波耳半徑大到46 nm，這代表電荷載子雖被束縛在不到10 nm 的PbSe量子點中，其波函數卻會明顯延伸到量子點外。這種非區域性(delocalization)讓電子能夠從奈米晶體轉移至鄰近能接收電子的材料如TiO2。TiO2因單晶取得方便且容易接受電子而雀屏中選。
該團隊先在平坦的單晶TiO2上沉積粒徑介於3.3到6.7 nm的PbSe量子點，再將此薄膜放入溶劑中進行化學處理，來強化這兩種材料間的電耦合。研究人員藉由紫外光光電子頻譜術(UV photoelectron spectroscopy)與光學吸收量測，來確認奈米晶體的最低激態電子能量，發現這些能態永遠低於TiO2的導電帶，代表熱電子能從PbSe量子點傳遞到TiO2。
該團隊正嘗試以電流方式來偵測轉移的電子，並製作具有熱電子轉移效應的太陽電池。詳見Science | DOI: 10.1126/science.1185509。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42968
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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