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標(biāo)題: 前沿科技之光伏電池外部效率首次超過(guò)100% [打印本頁(yè)]

作者: 掃街 時(shí)間: 2011-12-24 11:08
標(biāo)題: 前沿科技之光伏電池外部效率首次超過(guò)100%
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL：National Renewable Energy Laboratory）研究人員報(bào)道，他們的首款太陽(yáng)能電池可產(chǎn)生一種光電流，外部量子效率大于100％，因?yàn)楫a(chǎn)生光子激發(fā)的光子來(lái)自高能段太陽(yáng)光譜。
光電流外部量子效率通常以百分比表示，是指每秒流過(guò)太陽(yáng)能電池外部電路的電子數(shù)量，除以每秒進(jìn)入太陽(yáng)能電池的光子數(shù)量，這些光子具有特定的能級(jí)或波長(zhǎng)。迄今為止，沒(méi)有一種太陽(yáng)能電池的外部光電量子效率，在任何波長(zhǎng)的太陽(yáng)光譜上都可達(dá)到100％以上。
外部量子效率達(dá)到了高峰值114％。新報(bào)道的工作標(biāo)志著可喜的一步，可開(kāi)發(fā)下一代太陽(yáng)能電池，既可用于太陽(yáng)能發(fā)電，也可用于太陽(yáng)能燃料，都具有競(jìng)爭(zhēng)力，或者成本更低，勝過(guò)化石燃料或核能燃料。
多激子生成（MEG：Multiple Exciton Generation）是成功的關(guān)鍵。有一篇論文介紹這一突破，發(fā)表在12月16日一期的《科學(xué)》雜志上。題為《峰值外部光電量子效率超過(guò)100％源自多激子生成采用量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池》（Peak External Photocurrent Quantum Efficiency Exceeding 100 percent via MEG in a Quantum Dot Solar Cell）。
這里的機(jī)制是，使量子效率超過(guò)100％，需要用太陽(yáng)光子，依靠的一種工藝稱(chēng)為多激子生成，就是吸收單個(gè)適當(dāng)?shù)母吣芄庾?，可以產(chǎn)生一個(gè)以上的電子-空穴對(duì)（electron-hole pair），每吸收一個(gè)光子都是這樣。
2001年，國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家阿瑟J. •諾基科（Arthur J. Nozik）第一次預(yù)測(cè)，多激子生成采用半導(dǎo)體量子點(diǎn)會(huì)更有效，勝過(guò)采用塊狀半導(dǎo)體。量子點(diǎn)是微小晶體半導(dǎo)體，尺寸范圍是1-20納米，1納米等于一米的十億分之一。在這樣小的尺度，半導(dǎo)體表現(xiàn)出一些強(qiáng)烈的效應(yīng)效果，都是因?yàn)榱孔游锢韺W(xué)，這些效應(yīng)比如：
迅速增加帶隙（bandgap）并縮小量子點(diǎn)尺寸；
室溫下形成相關(guān)電子-空穴對(duì)（稱(chēng)為激子）；
增強(qiáng)耦合電子粒子（電子和正空穴），這需要庫(kù)侖力（Coulombic forces）；
促進(jìn)多激子生成過(guò)程；
量子點(diǎn)約束電荷，獲取多余能量；
量子點(diǎn)把電荷載體限制在它們微小的體積內(nèi)，可以獲取多余的能量，否則這些熱量會(huì)散發(fā)為熱，因此，這樣就可以大大增加效率，把光子轉(zhuǎn)換成可用能量。
研究人員達(dá)到了114％的外部量子效率，他們采用一種分層電池，這種電池中包含抗反射鍍膜玻璃，一層薄薄的透明導(dǎo)體，一層納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅（zinc oxide），一層硒化鉛（lead selenide）量子點(diǎn)，這一層經(jīng)過(guò)乙二硫醇（ethanedithol）和肼（hydrazine）的處理，還有一薄層黃金，用于上電極。
這項(xiàng)新的研究結(jié)果報(bào)道的多激子生成，首次表現(xiàn)出100％以上的外部光電流量子生成率，測(cè)量采用了量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，是在弱光下進(jìn)行；這些電池表現(xiàn)出顯著的能量轉(zhuǎn)換效率，產(chǎn)生的總功率除以輸入功率，高達(dá)4.5％，這是采用了模擬太陽(yáng)光。雖然這些太陽(yáng)能電池未經(jīng)優(yōu)化，表現(xiàn)出相對(duì)較低的能量轉(zhuǎn)換效率，都是采用光電流和光電壓，但是，演示的多激子生成，在太陽(yáng)能電池光電流中具有重要意義，因?yàn)樗_(kāi)辟了一些新的未經(jīng)開(kāi)發(fā)的方法，可以提高太陽(yáng)能電池效率。
這項(xiàng)新成果另一個(gè)重要的方面是，它們符合以前采用時(shí)間分辨光譜測(cè)量的多激子生成，從而驗(yàn)證了這些早期的多激子生成研究。出現(xiàn)完美相符，是因?yàn)橥獠苛孔有始m正了光子數(shù)，這些光子確實(shí)被吸入電池光敏區(qū)。在這種情況下，確定的量子產(chǎn)量就被稱(chēng)為內(nèi)部量子效率。內(nèi)部量子效率大于外部量子效率，這是因?yàn)?，入射光子中很大一部分散失了，有些被反射，有些被吸入電池中非光電流生成區(qū)。內(nèi)部量子效率峰值達(dá)到了130％，出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)榭紤]了這些反射和吸收的損失。

作者: hilldong 時(shí)間: 2014-7-2 14:56
這個(gè)太高科技了，“外部效率首次超過(guò)100% ”這句話(huà)就夠我捉摸半天了。

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