量子點(diǎn)太陽能電池

1、 概述 量子點(diǎn)太陽能電池的物理機(jī)理 總結(jié)一一 概述概述 量子點(diǎn)太陽電池不僅是第三代太陽電池，也是目前最尖端、最新的太陽電池之一，這是因?yàn)檫@種電池是在使用半導(dǎo)體體材料的普通太陽電池之中，引入了納米技術(shù)與量子力學(xué)理論，預(yù)期可以實(shí)現(xiàn)令人嘆為觀止的性能。 量子點(diǎn)是準(zhǔn)零維納米材料，量子點(diǎn)一般是指大小約為10 nm 的結(jié)晶體，并可以在這一微小的空間中限制電子。 量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)1吸光范圍可以通過調(diào)節(jié)顆粒的組分和尺寸來獲得，并且可以從可見光到紅外光。2化學(xué)穩(wěn)定性好3合成過程簡(jiǎn)單，是低成本的吸光材料4具有高消光系數(shù)和本征偶極矩。5相對(duì)于體相半導(dǎo)體材料，采用量子點(diǎn)可以更容易實(shí)現(xiàn)電子給體和受體材料的能級(jí)匹配。 更重要

2、的是，量子點(diǎn)可以吸收高能光子并且一個(gè)光子可以產(chǎn)生多個(gè)電子一空穴對(duì)(多激子效應(yīng))。 理論上預(yù)測(cè)的量子點(diǎn)電池效率可以達(dá)到44。因此，量子點(diǎn)太陽能電池常常被稱作第3代太陽能電池，具有巨大的發(fā)展前景。二二 量子點(diǎn)太陽能電池的物理機(jī)理量子點(diǎn)太陽能電池的物理機(jī)理 半導(dǎo)體量子點(diǎn)太陽能電池通過以下兩個(gè)效應(yīng)可以大大增加光電轉(zhuǎn)換效率：1. 來自具有充足能量的單光子激發(fā)產(chǎn)生多激子；2.在帶隙里形成中間帶，可以有多個(gè)帶隙起作用，來產(chǎn)生電子空穴對(duì)。量子點(diǎn)中間帶太陽能電池的機(jī)理量子點(diǎn)中間帶太陽能電池的機(jī)理 中間帶太陽電池能夠捕獲和吸收低于帶隙能量的光子，使太陽電池可以在沒有電壓降低的情況下提高光電流。 在中間帶太陽能電池

3、需要解決的問題中，最關(guān)鍵的是解決光的有效吸收問題。 為了使光子有最大能量輸出的同時(shí)使載流子的熱損失最小，具有一定能量的光子應(yīng)首先被相應(yīng)的最寬的能隙吸收，同時(shí)要求價(jià)帶到導(dǎo)帶的吸收系數(shù)比價(jià)帶到中間帶的吸收系數(shù)大，價(jià)帶到中間帶的吸收系數(shù)比中間帶到導(dǎo)帶的吸收系數(shù)大。 其次是要求中間帶必須是半滿的，且應(yīng)有足夠的電子空穴對(duì)濃度，能夠滿足電子從價(jià)帶到中間帶的躍遷和中間帶到導(dǎo)帶躍遷的要求。 所謂的中間帶材料是在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在一個(gè)中間帶。三三 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 在量子點(diǎn)太陽電池領(lǐng)域里，有關(guān)效率提高的實(shí)驗(yàn)證明：可以通過應(yīng)用納米材料技術(shù)突破效率限制。 量子點(diǎn)的量子效應(yīng)大大提高了俄歇過程，有效的改進(jìn)了形成電子空穴對(duì)的動(dòng)力學(xué)弛豫，同時(shí)也提高了多激子產(chǎn)生的效率，因此可以達(dá)到提高光電流的目的。 盡管部分效應(yīng)已經(jīng)被證實(shí)但是要在沒有電壓下降的情況下提高光電流的目標(biāo)還是沒有很好的達(dá)到，這可能是由于量子點(diǎn)提供弱的光吸收的影響。 于是下一步的目標(biāo)是通過同時(shí)增加量子點(diǎn)層的數(shù)量和研究新的多層器件設(shè)計(jì)來增加量子點(diǎn)的吸收截面。