在每個量子點之間摻雜一定數目的電子，可誘發電子的各種轉換，更好地利用紅外輻射，



（左）量子點結構圖。（中）比較太陽能電池不同水平的摻雜。（右）三維電勢剖面（potential profile）的量子點結構。來源：美國化學學會。


在過去的幾年里，研究人員一直在利用量子點，增加光線吸收，提高太陽能電池的整體效率。如今，研究人員又邁出了一步，他們證明，量子點帶有內置電荷，可以提高效率，使砷化銦/砷化鎵（InAs / GaAs）量子點太陽能電池效率提高50％以上。

研究人員中，金佰利•薩布隆（Kimberly Sablon）和約翰W•里特爾（John W. Little）來自馬里蘭州（Maryland）阿德爾菲（Adelphi）美國陸軍研究實驗室（US Army Research Laboratory），弗拉基米爾•米汀（Vladimir Mitin），安德烈•謝爾蓋耶夫（Andrei Sergeev）和尼扎米•瓦基多夫（Nizami Vagidov）來自紐約布法羅大學（University of Buffalo），基特•萊因哈特（Kitt Reinhardt）來自弗吉尼亞州（Virginia）阿靈頓（Virginia）美國空軍科學研究辦公室（AFOSR：The Air Force Office of Scientific Research），他們已發表了研究結果，討論提高太陽能電池效率，就發表在近期出版的《納米快報》（Nano Letters）上。

在他們的研究中，研究人員探討了異質結構太陽能電池與砷化銦/砷化鎵量子點。作為光伏材料，量子點可以利用紅外輻射（infrared radiation），把它轉化為電能。但是，量子點又提高了載流子（photocarriers）重組，降低了光電流（photocurrent）。出于這個原因，直到現在，采用量子點提高光伏效率，一直局限于幾個百分點。

在這里，研究人員提出，給量子點充電，可采用選擇性的點間（interdot）摻雜。在他們的實驗中，研究人員比較了幾個摻雜度，就是2個，3個和6個額外的電子摻雜每個量子點，結果為光伏效率提高4.5％，30％和50％，這是分別對比未摻雜的太陽能電池。6個電子的摻雜水平是50％的提高，相當于整體效率從9.3％（非摻雜太陽能電池）提高到14％。

研究人員認為，這種大幅度提高的光伏效率是來自兩個基本效果。首先，內置點電荷（built-in-dot charge）誘發各種轉換的電子，提高利用紅外輻射。其次，內置點電荷產生勢壘（potential barriers），這些勢壘圍繞量子點，抑制電子捕獲過程，不讓它們返回量子點。勢壘的作用以前已經使用過，研究人員用以提高紅外探測器的靈敏度。

此外，研究人員預測，進一步提高摻雜度，將導致更強勁的效率提高，因為沒有表現出飽和。今后，研究人員計劃進一步研究，這些效果如何相互影響，在更高摻雜度的情況。他們預測，進一步提高摻雜量和輻射強度，將導致更強大的效率提升，因為沒有飽和跡象。

“這種方法和原理已經開發出來，這項研究，適用于大量的光電設備，都是采用量子點和納米晶體，這項些備比如聚合物塑料電池（polymer plastic cells）和染料敏化多孔金屬氧化物Gratzel電池（dye-sensitized porous metal oxide Gratzel cells），”謝爾蓋耶夫博士說。“有效利用和轉換紅外輻射是因為優化了電子空穴動力學（electron-hole kinetics），結構上采用量子點和納米晶體，帶來的潛在突破，是在太陽能轉化方面。”

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