利用界面修饰和调控来构筑高性能量子点敏化太阳能电池

• 作 者: 田建军[1]曹国忠[2]
• 机 构: 北京科技大学 新材料技术研究院,北京,100083
• 出 处: 第十四届全国太阳能光化学与光催化学术会议
• 发表日期: 2014年期

　　半导体量子点理论上在一个高能量光子作用下，能产生多个激子(电子-空穴对)，即多重激子效应，利用其制备的激子型太阳能电池，如量子点敏化太阳能电池，可以突破传统P-N 结太阳能电池的Shockley-Queisser 极限(33％)模型，期望获得更高的光电转换效率(41％)。目前以CdS/CdSe 共敏化太阳能电池的效率最好，其电池结构如图1 所示。但是与传统太阳能电池相比，其光电转换效率依然较低(～5％)，其中最重要的原因之一就是电子与空穴复合严重。对于量子点敏化太阳能电池，量子点激发的电子需快速转移和传输到介孔电极上，但传输中极易与空穴复合，这是降低光电转换效率的主要因素。基于此，我们建立了电子-空穴复合路径模型，并对负载量子点的电极进行特定设计，引入界面修饰来调控电子的传输和复合，该方法可以同时实现：1)提高介孔材料表面积，增加量子点的负载量，获得更高的光生电流密度；2)建立表面能垒，阻断电子与量子点和电解质中的空穴复合，进而提高电子传输寿命。其结果电子寿命显著延长，光电转换效率提高了2 倍以上。在此基础上，引入离子掺杂来降低量子点的激发态，提高量子效率，进一步提高光电转换效率30％以上。最后得到光电转换效率超过6％的量子点敏化太阳能电池，这是当前最高光电转换效率之一。