量子点敏化太阳能电池

量子点敏化太阳能电池

量子点敏化太阳能电池是一种非常有前景的低花费的选择对于现存的光伏技术，例如

晶体硅和无机薄膜。通过控制它们的尺寸，量子点的吸收光谱能够被调整。而且量子点可

以通过低花费的方法来制备。一些纳米材料，比如纳米薄膜，纳米棒，纳米电线，纳米管

以及纳米片等具有高的比表面积，氧化还原电解质，固态孔导体，都是借鉴于标准的染料

光敏太阳能电池用来制造电子导体，量子点单层和电洞型导体与高光学吸光度连接。这篇

文章我们将探讨单一的，多分散的量子点光敏化太阳能电池。本篇将解决稳定性问题，提

出涂层方法，对性能加以讨论，重点强调能量水平对于光电转换效率的重要性。

把全球温度增加限制在2度以内是21世纪最大的挑战之一，为了阻止目前气候的进一步恶化，发达国家必须大量减少温室气体的排放量，新的工业化国家必须限制二氧化碳的

排放。为了实现这个目标，必须提供新的能源来替代煤，石油，天然气燃料，比如风能，

水能，生物质能以及太阳能。未来的能源结构将会主要依赖这些清洁能源，你得明白太阳

每年提供给地球上植被的能量就是人类日常消耗能量的10000多倍。太阳能可以转换为热能，而这些热能可以直接用来加热食品。通过光学原理利用镜子和透镜可以把太阳光聚集

起来获得更高的温度，这使得太阳能可以驱动蒸汽发动机，把热能转换为机械能，随后进

行发电。目前主要采用的太阳能发电手段就是采用光伏电池。由于没有移动的部件，所以

光伏电池运行维护费用非常低，这也使得它们非常适合在室外长期运行。

这几年，光伏市场一直呈指数趋势发展，虽然由于2009年金融危机出现过波动。2008年全球安装的光伏发电系统发电功率达6GW左右，这相当于5到6座的常规火力发

电站或者核电站，这现实出光伏发电已经让低功耗离网应用于生态环境。然而光伏发电的电力价格却比传统发电高了很多，也正因为如此，国家发放津贴给光伏工作者，希望通过

批量生产来减少光伏系统的花费。因此，未来研发新的光伏电池来提高光电转换效率和降

低价格将成为前沿课题。

根据它们采用的技术，通常把光伏电池分分为第一，第二，第三代器件。第一代光伏电池是单晶体或者多晶体的p-n结结构的硅电池，也是今天最常见

的光伏转换器，大约占据了85%的市场份额。生产基础的晶片单元需要高纯度

的硅晶体，高加工温度和大量的原料。第二代光伏电池是建立在薄膜基础上的，它被放置于一个透明导电衬底和一个背部的电极之间，第二代光伏电池目前占

据着大约15%的市场份额，它们中的大多数主要基于CdTe。然而基于CuInS2光伏电池，铜铟硒，CuInGaSe2或非晶和纳米晶硅已达到商业化并进入光伏市场。由于热力学的限制，单节光伏电池（第一代与第二代光伏）的光电转换效率最

高只能达到32.9%，对于吸收AM 1.5G 的光谱。这一限制，也被称为肖克利–Queisser限制，源于这样一个事实，光子能量低于带隙能量不是被吸收，高于

带隙能量的光子的能量将释放额外的能量，而（ephotonegap）主要为热。第三代太阳能电池的目标是将转换效率突破肖克利–Queisser的限制通过先进的光

伏概念如多结的限制细胞，光学上和下变频器，由碰撞电离产生的多载波，杂

质带细胞，等等。据报道，多节光伏电池的转换效率略高于40%在采用集中的

太阳光下。

在过去的几年里，由于优异的光电性能，量子点（QDs）吸引了广泛关注。通过控制它们的尺寸，量子点的吸收光谱能够被调整，这使得其非常适用于光伏电池。大量关于量子光敏化太阳能电池的体系构架被提出来，包括基于量子点光

敏化具有宽能带隙纳米结构的光电化学电池，沉浸在电解质中的量子点薄膜，

基于量子点或者聚合混合物的固态结构单元，以及夹在电子和空穴导体之间的

量子点层。奈米复合材料太阳能电池容易生产成为不同的几何形状，并且允许自光跟踪和波导集成。所有这些器件的特点就是都是采用一个单一的电荷分离结，属于组第二代光伏系统。基于量子点的器件目的在于制备出第三代器件并突破肖克利–Queisser的限制。由于其吸收光谱可调，基于量子点的单结光伏电池有望成为第三代光伏电池的基本结构。

本文主要关注量子点敏太阳能的最新进展，基于纳米薄膜，一种用导体量子点敏化过具有宽能带隙的材料。我们重新来审视这项研究源于染色敏化太阳能电池的成功应该归功于概念上的相似，把它应用于量子点敏化太阳能电池。纵观所有的QDSC 结构和材料，它们使人们更加关注光电化学和固态QDSC，界面化化学和物理的重要性也被不断强调。通过实验的方法去提高转换效率被提出。选择基于量子点光伏概念以及更复杂的概念，包括第三代PVS做简要回顾。