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改善新品种的太阳能电池

Quantum-Dot Photovoltaics在此类设备中设置了新的效率的新记录,可以解锁新用途

大卫钱德勒 · 2014年5月28日 · 麻省理工学院新闻

太阳能电池技术发展迅速,世界各地的数百个团队使用不同的材料、技术和方法来追求二十多种方法,以提高效率和降低成本。现在,麻省理工学院的一个团队创造了效率最高的量子点电池的新记录——这种太阳能电池因其固有的低成本、多用途和轻重量而被认为是特别有前途的。

虽然这种细胞的整体效率与其他类型相比仍然很低 - 阳光的大约9%的阳光能量转换为电力 - 这项技术的改善率是太阳能技术最迅速的速度之一。该纸张在杂志中描述了开发自然材料,由麻省理工学院教授Moungi Bawendi和VladimirBulović和研究生Chia-Hao Chuang和Patrick Brown。

新进程是Bawendi,莱斯特沃尔夫化学教授Bawendi的延伸,生产了具有精确可控特性的量子点 - 以及可应用于其他材料的均匀薄涂层。这些小型颗粒在将光线变为电力时非常有效,反之亦然。自从使用量子点来制造太阳能电池的首次进展以来,Bawendi说,“社区,在过去几年中,开始了解这些细胞如何运作,以及限制是什么”。

新工作代表了克服这些限制的重大飞跃,增加了细胞中的电流,从而提高了将阳光转化为电力的整体效率。

创造低成本,大面积柔性和轻量级太阳能电池的许多方法遭受严重限制 - 例如在暴露于空气时的短时间操作寿命,或在生产过程中需要高温和真空室。相比之下,新方法不需要惰性气氛或高温以生长有源器件层,并且所得细胞在空气中储存超过五个月的储存后没有降解。

Bulović, the Fariborz Maseeh Professor of Emerging Technology and associate dean for innovation in MIT’s School of Engineering, explains that thin coatings of quantum dots “allow them to do what they do as individuals — to absorb light very well — but also work as a group, to transport charges.” This allows those charges to be collected at the edge of the film, where they can be harnessed to provide an electric current.

这项新工作汇集了几个领域的发展,以推动基于量子点的系统的技术达到前所未有的效率:论文的四位共同作者来自麻省理工学院的物理系、化学系、材料科学与工程系,以及电子工程和计算机科学。该团队生产的太阳能电池现在已经被列入国家可再生能源实验室的每一种太阳能电池技术的最高效率记录。

细胞的整体效率仍然低于大多数其他类型的太阳能电池。但是Bulović指出,“硅有六十年来获得今天的地方,甚至硅都没有达到理论极限。你不能希望拥有一项完全新的技术在短短四年的发展中击败了现任。“新技术具有重要的优势,特别是一种制造过程,远低于其他类型的能源密集型。

Chuang增加了“电池的每一部分,除了电极现在,可以在室温下,在空气中沉积出溶液。这真的前所未有。“

该系统是如此的新,它也有潜力作为基础研究的工具。“关于它为什么如此稳定,还有很多东西需要学习。还有很多工作要做,要把它用作物理实验平台,要看看为什么有时结果比我们预期的要好,”Bulović说。

本月,该杂志发表了一篇由麻省理工学院的杰弗里·格罗斯曼(Jeffrey Grossman)、卡尔·理查德·索德伯格(Carl Richard Soderberg)动力工程副教授以及其他三人共同撰写的论文ACS Nano,更详细地解释了策略背后的科学,以达到这种效率突破。

新的工作代表了Bawendi的转变,他花了很多职业生涯与量子点一起使用。“四年前我有点怀疑,”他说。但他的研究以来,他的团队的研究明显显示了太阳能电池中的量子点的潜力。

科罗拉多大学的化学研究教授Arthur Nozik没有参与这项研究,他说:“这个结果代表了量子点薄膜和低温溶液处理量子点光伏电池技术应用的一个重大进展。量子点太阳能电池在商业上可行还有很长的路要走,但这一最新进展是朝着这一最终目标迈出的很好的一步。”

这项工作得到了三星高级理工学院,法尼和约翰赫茨基金会和国家科学基金会的支持。


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记者调查:miteimedia@mit.edu