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科研员研发出基于CQD和发色团混合体系结构的太阳能电池

2020-01-19

溶液处理的半导体,包含钙钛矿和量子点等资料,是电导率介于绝缘体和大多数金属之间的物质。现已发现,这种类型的半导体关于开发功用杰出且制作成本低的新式光电子器材特别有出路。最近,一些研讨强调了经过结合胶体量子点,能够搜集红外光子的纳米粒子和有机发色团来制作半导体的优势。虽然如此,到目前为止,由于不同组分之间的化学不匹配以及在完成电荷搜集方面的应战,根据CQD和发色团的混合光伏仅完成了低于10%的功率转化功率。

多伦多大学和韩国KAIST的研讨人员最近开发了一种混合体系结构,该体系结构经过将小分子引进CQD /有机堆叠结构中而战胜了这些约束。Se-Woong Baek表明:“ 这项研讨的第一个应战是将胶体量子点CQD的宽光吸收带的优势与有机分子的强吸收系数相结合,以创立更高功用的光伏渠道。”

研讨人员从大约二十年前在伯克利国家实验室的研讨小组进行的一项研讨中汲取了创意,该研讨表明晰运用半导体纳米棒和聚合物制作混合太阳能电池的潜力。虽然伯克利实验室的团队和其他几个团队企图将有机分子与胶体量子点CQD结合起来,可是Baek和他的搭档们以为这很难完成,由于其混合架构所完成的器材功用低于典型的有机或仅胶体量子点CQD的半导体。因而,他们着手进一步研讨胶体量子点CQD /有机半导体的潜力,企图战胜曾经开发的体系结构的局限性。

为了使太阳能电池功用杰出,它们应该能够最大程度地吸收光并将其有用地转化为电流。Baek和他的搭档开发的混合太阳能电池有一个小分子桥,可弥补胶体量子点CQD吸收,进而与主体聚合物构成一个激子级联。与其他混合架构比较,这导致了更有用的能量传输。

Baek解说说:“咱们开发的结构能够经过一个附加的有机层完成高的光搜集功率,该有机层的反面具有很强的吸收系数,而CQD在其正面邻近具有一次宽带吸收。” “所得太阳能电池的最大优势在于,它们使咱们能够经过调整CQD的巨细并将其与适宜的有机分子结合来编程CQD的光呼应。”

与其他类型的混合太阳能电池比较,Baek和他的搭档开发的太阳能电池共同的结构答应在编程功用方面具有更大的自由度。别的,它答应太阳能电池在更长的接连操作周期内坚持杰出的功率。

Baek说:“曾经的许多研讨都报导了经过CQD和聚合物的结合,吸收率很高,但由于电荷提取功率低,它们的功用较差。” “经过将第三种成分引进CQD /聚合物杂化结构,咱们提醒了促进电荷提取和吸收然后改进PCE的潜在机理。“

将来,这些太阳能电池可用于制作既运用量子点又运用发色团的光伏面板,但其功率要高于从前开发的混合体系结构中观察到的功率。到目前为止,他们提出的CQD有机结构具有高达1100纳米的吸收带。因而,在他们的下一个研讨中,他们期望调整结构或开发其他混合结构,以完成更宽的吸收带。

“终究,该结构能够与实践的高带隙的钙钛矿组合太阳能电池,例如,经过规划一个后电池渠道为串联结构,其能够增强吸收的近红外波段,其间钙钛矿不吸收的,Baek说。从理论上讲,当咱们将混合结构作为串联结构的后电池时,钙钛矿太阳能电池的功率能够进步15%。”


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