量子點敏化太陽電池轉換效率首超8%

4月20日，記者從華東理工大學獲悉，該校化學學院鐘新華課題組在量子點敏化太陽電池（QDSC）的研究中再次取得重大突破，將該類電池光電轉換效率紀錄提升到經第三方認證的8.21%，較先前由該課題組創造的6.82%的紀錄提高了20%。相關成果發表于《美國化學會志》。

高效率、低成本太陽電池是解決化石能源枯竭、氣候變暖等問題的有效途徑。QDSC采用具有獨特優異光電性能的半導體納米晶（又稱量子點，QD）作為敏化吸光材料，被認為是最有潛力的低成本第三代太陽電池，具有重要的商業開發潛力和理論研究價值。

然而，受制于嚴重的電荷復合，先前的QDSC轉換效率紀錄一直處于6%～7%。因此，抑制電荷復合成為提高電池效率的必由之路。通過密度泛函理論計算，研究人員發現，隨著分別沉積硫化鋅及硫化鋅/二氧化硅后，電子態密度在二氧化鈦板層結構的最外原子層占比分別降低1～2個數量級。電子態密度的降低對應著光陽極二氧化鈦界面電荷復合的抑制。

亞皮秒分辨太赫茲譜證實了上述理論計算預測的結果。阻抗譜測試也清楚地表明，硫化鋅、二氧化硅寬能帶材料的包覆可大幅提高復合阻抗值及電子擴散距離，從而有效抑制復合。光電測試結果表明，在量子點敏化的二氧化鈦光陽極膜上順序沉積硫化鋅、二氧化硅可將鎘硒碲QDSC的開路電壓顯著提高，相應的電池平均效率從2.53%提高到8.37%，而現在的官方認證效率為8.21%。

據介紹，鐘新華課題組近年來致力于QDSC的研究，將模擬太陽光下QDSC光電轉換效率從徘徊多年的4%～5%逐步提高到經認證的8.2%的新紀錄，使預期的“高效率、低成本”優勢逐步得以展現。（黃辛 房樹芬）