碳量子点+太阳能电池

量子点太阳能电池简介

摘要：量子点太阳能电池是第三代太阳能电池，也是目前最尖端、最新的太阳能电池之一，这种电池在使用半导体材料的普通太阳能电池之中，引入了纳米技术与量子力学理论，尽管目前尚没有制作出这种超高转换效率的实用化太阳能电池，但是大量的理论计算和实验研究已经证实，量子点太阳能电池将会在未来的太阳能转换中显示出巨大的发展前景。简述了量子点太阳能电池的物理机理及研究内容。

关键词：量子点，太阳能电池，机理

随着人类面临的环境与能源问题的持续恶化，加强环境保护和开发清洁能源是人类高度关注的焦点。因此，近年来人们对太阳能开发和利用的研究进展极为迅速。作为一种重要的光电能量转换器件，太阳能电池的研究一直受到人们的热切关注。

太阳能电池可以分为两大类：一类是基于半导体p-n结中载流子输运过程的无机固态太阳能电池；另一类则是基于有机分子材料中光电子化学过程的光电化学太阳能电池。单晶GaAs太阳能电池、晶体Si太阳能电池和Si基薄膜太阳能电池属于第一类，而染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池属于第二类。第一类太阳能电池已经产业化或商业化，而第二类太阳能电池正处于研究与开发之中。目前太阳能电池存在能耗高、光电转换效率低等缺点。尽管人们已采用各种方法使太阳能电池的转换效率得到了一定改善，但尚不能使其大幅度提高。找到一种更有效的途径或对策，使太阳能电池的实际能量转换效率接近其理论预测值，成为材料物理、光伏器件与能源科学的一项重大课题。

量子点是指三维方向尺寸均小于相应物质块体材料激子的德布罗意波长的纳米结构。理论研究指出，采用具有显著量子限制效应和分立光谱特性的量子点作为有源区设计和制作的量子点太阳能电池，可以使其能量转换效率获得超乎寻常的提高，其极限值可以达到66％左右，而目前太阳能电池的主流晶体硅技术的光电转换效率理论上最多仅为30％。尽管目前尚没有制作出这种超高转换效率的实用化太阳能电池，但是大量的理论计算和实验研究已经证实，量子点太阳能电池将会在未来的太阳能转换中显示出巨大的发展前景。

研究生课程考试

小论文

课程名称： 光伏材料与器件基础

论文题目: 量子点敏化太阳能电池的研究

论文评分标准

项目 权重 得分

论文题目与课程内容的吻合程度 10

专题领域的发展背景、现状和发展趋势分析是否透彻 40

是否有独到的见解，是否能提出新颖性的研究建议 20

内容完整性、正确性，调理清晰性、语言通畅性 20

格式的规范性 10

总分

论文评语:

成 绩: 任课教师:

评阅日期: 目 录

摘要 ....................................................................................................................... 1

Abstract ................................................................................................................ 1

1 光敏化太阳能电池 ........................................................................................... 2

1.1 染料敏化太阳能电池……………………………………………… ….2

1.2 量子点敏化太阳能电池………………………………………………. 2

2 量子点敏化太阳能电池的研究背景 ............................................................... 3

量子点在太阳能电池中的应用进展

摘要

本文介绍了量子点纳米晶体特殊的物理性质,多种制备方法,以及在太阳能电池材料中的应用.

关键词:量子点;制备;太阳能电池

引言

随着人口的急剧增长及工业化的快速发展与能源的大量使用,目前化石能源即将消耗殆尽,此时人们在积极寻找可替代化石能源的二次能源,太阳能作为其中不可忽视的一员,受到广泛瞩目.目前,占据市场主要份额的晶体硅基太阳能电池的光电转化效率已经高达10 %-20 %,但是原料高纯硅造价昂贵,这促使人们再次寻找可以替代硅的材料.研究发现通过量子点敏化提高金属氧化物对光的吸收,可有效的使光照射在量子点表面上产生的电子转移到金属氧化物上, 理论研究表明其能量转化效率的极限值可达66％左右,大大改善其光学性能.

本文主要介绍了量子点的多种制备方法及其独特的光学和电学性质在太阳能电池材料上的应用.其制备方法包括: 金属有机化合物热分解法,均匀沉淀法,溶胶-凝胶法,连续离子层吸附反应(SILAR)法,化学浴沉积法(CBD)和电沉积法(EPD)等.

一.量子点的特性

量子点是一种0维的纳米材料,由于自身体积小与普通材料,物理性质也不同于普通大尺寸材料.

量子限域效应,是指当颗粒尺寸减小到与电子的De Broglie波长和激子玻尔半径相近时,电子在三维空间内的运动受到限制,使得电子的输运不能顺利进行,相互干扰性会增强,电子的能级由连续的能级变为分立的能级,能级之间的带隙变宽。随着尺寸的减小,能隙会变宽,出现激子强吸收,激子也会蓝移,即由最低能量向高能方向移动,并引起吸收光谱向短波方向移动.半导体纳米粒子与体材料相比,在吸收光谱上由原来宽的吸收变为窄而高的特征吸收峰.由于量子尺寸效应的影响,随着的尺寸减小,它的能级发生改变,带隙会变宽,纳米颗粒发射能增加,光学吸收会蓝移,最直观的表现为样品颜色的变化,如随颗粒尺寸减小,CdSe颗粒由红色逐渐变为浅黄色,PbS颗粒由黑色逐渐变为棕黄色.

Ｉ　ＦＲＯＮＴＩＥＲ；『Ｅ　日　

量子点太阳能电池技术概况　■文／孟庆波　中国科学院物理研究所　

一　概述　１．量子点太阳能电池概念　近年来，量子点太阳能电池已成　为国际上的研究热点。此类电池的主　要特点是以无机半导体纳米晶（量子　点）作为吸光材料。量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｄｏｒｓ，ＱＤｓ）是准零维（ｑｕａｓｉ—ｚｅｒｏ—　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａ１）纳米材料。粗略地说，量　子点３个维度的尺寸均小于块体材料　激子的德布罗意波长。从外观上看，量　子点恰似一极小的点状物，其内部电　子在各方向上的运动都受到局限，即　量子局限效应（ｑｕａｎｔｕｍ　ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ）特别显著。　量子点有很多的优点：①吸光范　围可以通过调节颗粒的组分和尺寸来　获得，并且可以从可见光到红外光；　②化学稳定性好；③合成过程简单，　是低成本的吸光材料；④具有高消光　系数和本征偶极矩，电池的吸光层可　以制备得极薄，因此可进一步降低电　池成本；⑤相对于体相半导体材料，　采用量子点可以更容易实现电子给　体和受体材料的能级匹配，这对于获　得高效太阳能电池十分关键。更重要　的是，量子点可以吸收高能光子并且　一个光子可以产生多个电子一空穴对　（多激子效应），理论上预测的量子点　电池效率可以达到４４％。因此，量子点　太阳能电池常常被称作第３代太阳能　新柚料产业ＮＯ．３　２０１３　Ｉ田