高效的綠色量子點太陽能電池可利用缺陷有什么作用

洛斯阿拉莫斯國家實驗室開發的新型量子點太陽能電池具有與現有基于量子點的設備相同的效率，但不含大多數此類太陽能電池所依賴的鉛或其他有毒元素。

Los Alamos專門研究半導體納米晶體的物理學家，報告的主要作者Victor Klimov說：“這種量子點方法顯示出新型的無毒，廉價的太陽能電池，這些太陽能電池顯示出顯著的缺陷耐受性，具有廣闊的前景。在《自然能源》雜志的封面上。

研究人員不僅展示了高效的設備，而且還揭示了其卓越的缺陷耐受性的潛在機制。代替阻礙光伏性能，銅銦硒化物量子點中的缺陷狀態實際上有助于光轉換過程。

量子點已經發現了許多用途，并且還會有更多用途。特別地，它們是非常有效的發光體。它們與其他類型的發光材料不同，因為它們的顏色不是固定的，并且可以通過調整量子點的大小輕松地進行調整。此屬性已在顯示器和電視中使用，很快將有助于制造更高效，顏色可調的燈泡。

通過膠體合成制備的納米尺寸半導體晶體的獨特物理學吸引了數十年來的科學家。由于其極小的尺寸(跨度只有幾納米)，可以在最基本的量子力學水平上操縱納米晶體的特性。因此，它們被稱為“量子點”。

量子點的尺寸可調特性還可以幫助有效地捕獲陽光，這在太陽能轉換中非常有用。現代量子點太陽能電池的效率迅速接近傳統薄膜光伏電池的效率。然而，在大多數情況下，它們含有劇毒的重金屬，例如鉛和鎘，這限制了它們的實際應用。

洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)的研究人員描述了新型的高效量子點太陽能電池，該電池不含任何有毒元素。該團隊利用銅，銦和硒的反應，再加上鋅來制造摻雜鋅的量子點。將點結合到用作電荷收集電極的高度多孔的二氧化鈦膜的空隙中。

入射的太陽光子被量子點吸收，從而導致緊密結合的電子釋放到高遷移率導帶中。然后將這些電子轉移到二氧化鈦電極上，最終產生光電流。

克利莫夫說：“我們對設備的測量結果感到驚訝。” “由于它們的組成非常復雜(四個元素結合在同一納米大小的顆粒中)，這些點容易出現缺陷。盡管有這些缺陷，但它們在我們的太陽能電池中表現出了近乎完美的性能-每100個吸收的光子，我們檢測到85個光生電子，這意味著光子至電子的轉換效率為85%。”

高的光轉換效率與顯著的缺陷耐受性和無毒元素的組合相結合，使這些量子點成為用于實現廉價，易于擴展和潛在可拋棄型太陽能電池的非常有前途的材料。