量子点提高钙钛矿太阳能电池的效率和可扩展性

钙钛矿是由金属卤化物和有机成分制成的杂化化合物。它们在一系列应用中显示出巨大的潜力，例如 LED 灯、激光器和光电探测器，但它们的主要贡献是在太阳能电池领域，它们有望从硅同类产品中超越市场。

钙钛矿太阳能电池商业化面临的障碍之一是它们的功率转换效率和运行稳定性随着规模的扩大而下降，这使得在完整的太阳能电池中保持高性能成为一项挑战。

问题部分在于电池的电子传输层，它确保电池吸收光时产生的电子将有效地转移到设备的电极上。在钙钛矿太阳能电池中，电子传输层由介孔二氧化钛制成，它显示出低电子迁移率，并且在紫外光下也容易受到不利的光催化事件的影响。

在科学 杂志的 新 出版物 中, 由 EPFL 的 Michael Grätzel 教授和韩国能源研究所的 Dong Suk Kim 博士领导的科学家们找到了一种创新的方法来提高钙钛矿太阳能电池的性能并将其保持在高水平, 即使在大尺度。创新的想法是用一层薄薄的量子点代替电子传输层。

量子点是充当半导体的纳米级粒子，当它们被照射时会发出特定波长(颜色)的光。它们独特的光学特性使量子点非常适合用于各种光学应用，包括光伏器件。

科学家们用一层薄薄的聚丙烯酸稳定的氧化锡 (IV) 量子点代替了钙钛矿电池的二氧化钛电子传输层，发现它增强了器件的光捕获能力，同时还抑制了非辐射复合，一种效率降低现象，有时会出现在电子传输层和实际钙钛矿层之间的界面上。

通过使用量子点层，研究人员发现，0.08 平方厘米的钙钛矿太阳能电池实现了创纪录的 25.7%(认证为 25.4%)的功率转换效率和高运行稳定性，同时促进了放大。当太阳能电池的表面积增加到 1、20 和 64 平方厘米时，功率转换效率分别为 23.3、21.7 和 20.6%。