新型光敏纳米粒子可获得光电性能提高太阳能力量

宁志军博士展示喷涂了胶体量子点的薄膜实验样品。

加拿大研究人员设计并测试了一种新型固态、稳定的光敏纳米粒子——胶体量子点技术，该技术或将用于开发更为廉价、柔性的太阳能电池及更好的气体感应器、红外激光器、红外发光二极管。此项研究成果发表在最新一期《自然·材料》上。

胶体量子点基于两种类型的半导体收集阳光：N型（富电子）和P型（乏电子）。但N型半导体材料暴露于空气中时，会与氧原子结合，失去其电子，转变成P型材料。

走访我市多家房屋中介机构发现 论文第一作者、多伦多大学电气与计算机工程系博士后宁志军在接受科技采访时说，其研究小组开发的新型胶体量子点技术，可使N型材料在暴露于空气中时，不与氧结合。同时维持稳定的N型和P型层，不仅能提高光的吸收效率，还打开了同时获得光捕获和电传导最佳性能的新型光电器件的大门，这也意味着可利用新技术开发出更复杂的气象卫星、遥控设备、卫星通信或污染检测仪。

宁志军称，这仅是此项材料创新研究的第一步，利用这种新材料可构建出新的器件结构。与普通硅材料电池相比，胶体量子点材料可在低温下合成，耗能低且工艺简单。这种溶液可处理的无机材料增强了电池的稳定性和便携性。研究发现，碘是兼备高效和空气稳定性的量子点太阳能电池的完美配体。

由于吸收光谱可达红外区域，这种N-P混合型新材料可吸收更多光能，从而使太阳能转换效率最高可达8％。改进性能还仅是这种新型量子点太阳能电池结构的开始，未来这些功能强劲的量子点可与油墨混合，喷涂或印刷到轻薄、柔软的屋面瓦表面，从而大大降低太阳能电力的成本，造福普通民众。

宁志军介绍，胶体量子点太阳能光伏技术在最近10年里已取得飞速发展，太阳能转换效率已从最初的0.1%提高到实验室条件下的10%左右。但要实现该技术的商业化，还需持续改进其绝对性能，或电力转换效率。

总圈点

8%，比起现在单晶硅太阳能电池动辄20%以上的转换效率来说似乎不值一提，但这种比较意义并不大，就像让一个婴儿和一个中年人去掰手腕一样。要知道，两年前胶体量子点电池的转换效率才4.2%，现在是近一倍的增长；而硅基电池在无数研究机构的关注下要提高1%都已非常困难。更何况胶体量子点电池的理论转化效率可达42%，硅基电池才31%。这绝对是一项蒸蒸日上的技术，但要商业化，效率需先提高到10%以上，才能与其他新型材料展开竞争。