高效的绿色量子点太阳能电池可利用缺陷有什么作用

洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的新型量子点太阳能电池具有与现有基于量子点的设备相同的效率，但不含大多数此类太阳能电池所依赖的铅或其他有毒元素。

Los Alamos专门研究半导体纳米晶体的物理学家，报告的主要作者Victor Klimov说：“这种量子点方法显示出新型的无毒，廉价的太阳能电池，这些太阳能电池显示出显着的缺陷耐受性，具有广阔的前景。在《自然能源》杂志的封面上。

研究人员不仅展示了高效的设备，而且还揭示了其卓越的缺陷耐受性的潜在机制。代替阻碍光伏性能，铜铟硒化物量子点中的缺陷状态实际上有助于光转换过程。

量子点已经发现了许多用途，并且还会有更多用途。特别地，它们是非常有效的发光体。它们与其他类型的发光材料不同，因为它们的颜色不是固定的，并且可以通过调整量子点的大小轻松地进行调整。此属性已在显示器和电视中使用，很快将有助于制造更高效，颜色可调的灯泡。

通过胶体合成制备的纳米尺寸半导体晶体的独特物理学吸引了数十年来的科学家。由于其极小的尺寸(跨度只有几纳米)，可以在最基本的量子力学水平上操纵纳米晶体的特性。因此，它们被称为“量子点”。

量子点的尺寸可调特性还可以帮助有效地捕获阳光，这在太阳能转换中非常有用。现代量子点太阳能电池的效率迅速接近传统薄膜光伏电池的效率。然而，在大多数情况下，它们含有剧毒的重金属，例如铅和镉，这限制了它们的实际应用。

洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)的研究人员描述了新型的高效量子点太阳能电池，该电池不含任何有毒元素。该团队利用铜，铟和硒的反应，再加上锌来制造掺杂锌的量子点。将点结合到用作电荷收集电极的高度多孔的二氧化钛膜的空隙中。

入射的太阳光子被量子点吸收，从而导致紧密结合的电子释放到高迁移率导带中。然后将这些电子转移到二氧化钛电极上，最终产生光电流。

克利莫夫说：“我们对设备的测量结果感到惊讶。” “由于它们的组成非常复杂(四个元素结合在同一纳米大小的颗粒中)，这些点容易出现缺陷。尽管有这些缺陷，但它们在我们的太阳能电池中表现出了近乎完美的性能-每100个吸收的光子，我们检测到85个光生电子，这意味着光子至电子的转换效率为85%。”

高的光转换效率与显着的缺陷耐受性和无毒元素的组合相结合，使这些量子点成为用于实现廉价，易于扩展和潜在可抛弃型太阳能电池的非常有前途的材料。