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高校在量子點敏化太陽能電池研究取得新進展

核心提示:隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們對能源的需求量與日俱增,化石能源作為不可再生能源,已無法滿足全球的能源消耗
 隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們對能源的需求量與日俱增,化石能源作為不可再生能源,已無法滿足全球的能源消耗。因而,尋求可高效利用并且對環(huán)境友好的可再生能源是世界各國的共同目標(biāo)。量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)是被廣泛認為具有重要應(yīng)用前景的新型太陽能電池之一。但目前其光電轉(zhuǎn)化效率仍不能達到商業(yè)要求,因此如何進一步提高其光電轉(zhuǎn)換效率成為當(dāng)前QDSSCs研究的重要課題。近年來研究發(fā)現(xiàn),界面緩沖層修飾對提高QDSSCs光電轉(zhuǎn)化效率起著關(guān)鍵作用。由于QDSSCs吸光后,電子和空穴的分離發(fā)生不僅發(fā)生在量子點自身,還發(fā)生在緩沖層與光陽極的界面。所以QDSSCs的性能表現(xiàn)不僅依賴于量子點自身的電子能級結(jié)構(gòu),同時還依賴于緩沖層和光陽極界面的電子能級結(jié)構(gòu)。所以對緩沖層與光陽極界面性質(zhì)的深入研究和微觀認識非常重要。

最近北大新材料學(xué)院的潘鋒教授團隊與中國科學(xué)院化學(xué)研究所林原教授團隊合作,通過第一性原理和實驗發(fā)現(xiàn),TiO2/CdS/CdSe QDSSCs的光電轉(zhuǎn)化性能可以通過液相原子層技術(shù)調(diào)控CdS緩沖層的原子層數(shù)來實現(xiàn),最高效率能達到6%,接近該體系目前最高水平(6.01%)。他們發(fā)現(xiàn)隨著CdS層數(shù)的增加,一方面CdS的帶隙減小,CdS的導(dǎo)帶底向下移動;另一方面,TiO2/CdS界面偶極作用增強,更多電子注入TiO2,導(dǎo)致TiO2的導(dǎo)帶底向上移動,從而導(dǎo)致界面處各自的能級發(fā)生重排。因此,QDSSCs的開路電壓和短路電流可以通過調(diào)控緩沖層的層數(shù)實現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)將為以后如何優(yōu)化緩沖層的界面性質(zhì)來提高QDSSCs的表現(xiàn)性能提供重要的線索和指導(dǎo)。該工作近期發(fā)表在國際著名期刊Chemical Communications發(fā)表(DOI: 10.1039/C6CC01664B),北大新材料學(xué)院的張丙凱、鄭家新以及中科院化學(xué)所李曉寧博士是文章的共同第一作者。潘鋒教授和林原教授是共同通訊作者。

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