量子点太阳能电池

量子点太阳能电池

摘要：量子点太阳能电池属于第三代太阳电池，优异的特性使其保持器件性能的同时能大幅降低太阳能电池的制造成本，因而已成为当前的前沿和热点课题之一。本文就量子点太阳能电池的基本原理，发展历史以及性能优化方案做了简单介绍，并对量子点敏化太阳能电池的发展做了阐述。

关键词：太阳能电池、量子点、性能优化、敏化

太阳能电池是很有前景的可再生能源，有望解决日益加剧的能源危机。一般来讲，太阳能电池基本上是一种大面积的不施加偏压的pn结器件。当太阳光照射这种pn结器件时光能便转化为电能。太阳能电池的主要参数包括短路电流（J SC)、开路电压（V OC)、填充因子（Fill Factor，FF)、量子效率（Quantum Efficiency)、串联电阻（R S）和并联电阻（R Sh)等。

光能转化为电能的过程简单来讲大体包括载流子的光产生、载流子分离和载流子输运等三个主要阶段。当一个光子碰撞太阳能电池有源层时，若光子能量小于有源层材料的禁带宽度时，光子从太阳能电池有源层中透射而过；当光子能量等于或大于有源层材料的禁带宽度时，光子被太阳能电池的有源层吸收，多余的能量将会转化为热能。在太阳能电池中，载流子的分离存在两种主要方式：(1)载流子在电池内建电场作用下的漂移运动；(2)载流子在电池中由于浓度梯度的存在

而产生的扩散运动。在较厚的太阳能电池中由于在有源区不存在电场，载流子的主要分离方式是扩散，从而对于这些电池来说少数载流子的扩散长度必须要能与电池厚度相当。在较薄的电池中，由于缺陷的大量存在少数载流子的扩散长度通常很短，因此载流子的主要分离方式是在内建电场作用下的漂移运动。太阳能电池的n型半导体端和P型半导体端通过金属-半导体欧姆接触的方式形成两端电极，电极与外部负载相连。在电子-空穴分离后，如果载流子还未到达两端电极，它们将主要通过扩散的方式在中性区运动。n型半导体端自身所产生的电子以及通过半导体"结"收集的电子会通过n端电极、外部导线、负载到达P端金属-半导体接触电极，然后与P端空穴复合。

太阳能电池的研发经历了三个阶段，目前正从第一代基于硅片技术的第一代太阳能电池向基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳

能电池过渡。但第二代太阳能电池效率较低，稳定性也比较差。因此第三代太阳能电池应运而生。第三代太阳能电池是太阳能电池技术发展的前沿领域，现在仍处于研究发展阶段。大体上来讲，第三代太阳能电池包含除了第一和第二代电池之外的所有太阳能电池技术，主要有有机半导体（聚合物或小分子）太阳能电池、量子点太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机/无机杂化太阳能电池、双结/多结太阳能电池、中间带太阳能电池和热载流子太阳能电池等，这些电池分类之间既彼此独立又互有重叠。第三代太阳能电池有望实现光电转换效率比第一代太阳能电池高的同时，保持第二代太阳能电池的低成本优势。

1.量子点太阳能电池

1.1 量子点基本原理

半导体量子点是一种准零维的纳米材料，一般由少量的原子构成，又称为半导体纳米超微粒。半导体量子点是一种典型的小量子体系，常被称为“人造原子”、“超晶格”。由于量子点三个维度的尺寸一般都在1~100nm之间，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，因而表现出不同于半导体体材料的特性，如量子限域效应、表面效应、量子尺寸效应等。使其作为新型发光材料、光催化材料、光敏传感器等方面具有特殊的潜在应用前景。与太阳能电池联系紧密的是量子尺寸效应、表面效应、多激子产生效应。

对于半导体材料来说，当其粒径尺寸下降到与其激子波尔半径相当时，将存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级，而且其能隙随粒径减小而不断变宽，这种现象被称之为量子尺寸效应。量子尺寸效应可以使量子点在其吸收光谱中出现一个或多个明显的激子吸收峰并且随着量子点尺寸的减小而不断蓝移，因此可以通过改变量子点的尺寸来调控其光学吸收波长，从而使得胶体量子点在太阳能电池中的应用中具有了独特的优势。表面效应，纳米材料所具有的另一个显著特点是比表面积大，纳米晶的尺寸越小，其比表面积越大，表面原子数占全部原子数的比例越高。随着表面原子数的增多，表面原子配位不足，不饱和键和悬挂键增多，使表面能迅速增加。其表面原子由于具有很高的活性，非常不稳定，很容易与其他原子结合。胶体量子点表面大量的表面态缺陷会影响其光学及电学性

能，而且其巨大的表面能给量子点及其太阳能电池的制备、保存和使用带来了挑战。因此研究评价并提高量子点太阳能电池的稳定性成为该领域的一项重要课题。多激子产生效应是指单个入射光子可以产生两个甚至多个电子-空穴对（激子）的现象。一个高能量入射光子（能量至少是材料禁带宽度的两倍）产生了一对高能激子，高能量的导带电子以碰撞电离的形式释放部分能量并回落到导带底，所释放的能量则引起一个甚至更多新激子的产生，从而一个入射光子最终产生了两个甚至多个激子。可以说，多激子产生过程也是碰撞电离的过程，它是俄歇复合的逆过程。

1.2量子点发展历史研究现状

2005年，sargent小组首次在胶体量子点中发现光伏效应，之后由PbS 或PbSe量子点作为有源层的太阳能电池迅速发展。不同的太阳能电池结构也逐渐得到开发，包括metal/CQD 薄膜，oxide/CQD 薄膜，organic layer/CQD薄膜和CQD/CQD薄膜。09年之前，简单三明治结构的肖特基太阳能电池被广泛研究，TCO或ITO作为衬底并与量子点形成欧姆接触，Ca，Mg和Al作为电极。2008年，sargent小组报道了能量转化效率超过1%的PbS量子点/A1肖特基结太阳能电池，其短路电流密度、开路电压、填充因子和能量转化效率分别为12.3mA/cm2、0.33 V、44.4%和1.8%。2009年，Alivisatos小组利用PbS X Sei_X合金量子点制备了ITO/PbSe/Al结构的肖特基结电池，其能量转化效率为3.3 %。2011年，Alivisatos小组又利用直径为2.3 nm的超小PbSe量子点制备了ITO/PEDOT/PbSe/Al结构的肖特基结电池，

电池的能量转化效率达到了 4.57%。尽管肖特基太阳能电池结构简单，容易制备，但是其自身存在一些缺点。肖特基结位于电池的背电极，光从顶电极入射要穿过很厚的有源层才能达到金属背电极从而被收集，在此过程中，这些光生载流子特别是蓝光光生载流子非常容易复合损失掉。若要提高蓝光波段的效率，有源层需要做的很薄，但这又限制了光吸收。另外，肖特基电池的电压也普遍较低，其所使用的背电极为具有低功函数的金属，致使其稳定性一般较差。与肖特基结太阳能电池相比，异质结电池由于结区处于器件中部，从而更有利于光生载流子分离和收集效率的提高，并且具有较高的开路电压和填充因子。因此，异质结太阳能电池得到了迅速发展。2010年，Carter 小组和Nozik小组分别报道了利用Ti02和ZnO量子点作为n型材料与P型PbS量子点所形成的异质结电池，其室温能量转化效率分别达到3.13 %和2.94 %，前者还首次在该类电池中得到了高于80%的峰值外部量子效率。同年，Sargent小组报道了基于PbS量子点和TiO2半导体的耗尽异质结胶体量子点太阳能电池，电池效率达到 5.1%。2011年，该小组又利用原子配体（单价卤素阴离子）对PbS量子点进行处理以提高其电导性并成功修饰其表面缺陷态，从而进一步将效率提高到了6%，2012年，该小组用Cl-1和MPA对FTO/（ZnO/TiO2）/PbS CQD/MoO X/Au/Ag结构的异质结电池进行钝化，得到了效率为7%的电池，这也是迄今为止红外量子点电池的最高能量转化效率。量子点太阳能电池效率已经从2010年的5%提高到了2012年的7%，并且有望每年提高1%的效率。2013年，Anna Loiudice，Aurora Rizzo等人将

PbS量子点和TiO2半导体异质结分别做在了导电玻璃和PET柔性衬底上，效率分别达到了3.6%和1.8%，迄今是柔性衬底上效率最高的电池。

2. 量子点太阳能电池性能优化

2.1体相异质结结构

吸收更多光子和收集光生载流子对提高太阳能电池的效率起着举足轻重的作用，较厚的有源层能够吸收更多的光子从而激发更多的光生载流子，但是这样载流子需要传输更长的距离才能被电极收集，在这个过程中会有大量载流子复合。体相异质结结构有望平衡这两个方面。体相异质结结构在有机太阳能电池里面被广泛采用，即将给、受体材料共混形成光电转换活性层，极大的增加了给、受体的接触面积，有利于激子的分离，同时减小了激子扩散的距离，使更多的激子可以到达界面进行分离，所以能有效提高能量转换效率。多伦多大学的Barkhouse et al.在TiO2层上面堆垛大量的TiO2纳米颗粒，从而形成多孔纳米TiO2结构，然后旋转涂膜一层PbS量子点，做出来的电池效率达到了5.5%。Rath et al.将n型的Bi2S3量子点和p型的PbS量子点混合溶液旋转涂膜，形成了量子点混合膜，做成的太阳能电池结构为ITO/PbS CQDs/PbS and Bi2S3CQDs/Bi2S3CQDs/Ag，效率达到了4.87%。

2.2电极接触

为了更好地收集载流子，p型PbS或PbSe量子点薄膜与高功函数金属Au和Ag应该是欧姆接触，以减小界面势垒。Gao et al.在研究

ITO/ZnO/PbS CQD/metal 结构器件的J-V特性时，发现了roll-over和crossover效应，他们认为这是因为PbS CQD/metal 界面产生了肖特基势垒，势垒高度取决于量子点的尺寸和金属的功函数。基于这些发现，Gao et al.将由MoO X和V2O X构成的n型过渡金属氧化物（TMO）作为空穴收集层，做成了ITO/ZnO/PbS CQD/TMO/Au结构的太阳能电池，电池效率为4.4%，开路电压V OC为0.524V，短路电流J SC为17.9mA/cm2，填充因子FF为48.7%。同期，Brown et al.也报道了在PbS CQDs薄膜和电极之间加一层MoO3可以明显提高电池各个方面的性能，包括V OC，J SC和FF。

2.3 表面钝化

量子点间的量子力学电子耦合强度很大程度上依赖于量子点间的距离和量子点间互联、填充材料的性质。利用短链有机配体置换长碳链配体来缩小量子点间距可以减小势垒宽度，提高载流子在量子点间的跳跃速率从而增加电子耦合能，进而提高电子迁移率。并且可以钝化材料表面缺陷，从而减小缺陷的密度和深度，提高太阳能电池的效率，因此选择合适的配体进行配体置换对太阳能电池性能的提高起着很大的作用。EDT，BDT和MPA是传统的短链有机配体，被广泛应用。最近又有一些新的配体被发现：原子配体和混合钝化。

Tang et al.采用CdCl2-tetradecylphosphonic acid(TDPA) -oleylamine(OLA)混合体处理预合成的PbS量子点，以钝化量子点表面的硫阴离子，然后用cetyltrimethylammonium bromide（CTAB）的甲醇溶液来钝化表面的阳离子。利用时间分辨红外光谱法和场效应晶体

管测量发现，缺陷密度减为原来的十分之一，载流子迁移率增为原来的一百倍，做成的FTO/TiO2/PbS CQD/Au结构的异质结太阳能电池，其效率为5.1%，V OC为0.544V，J SC为14.6mA/cm2，填充因子FF为0.62。Ip et al.既采用原子配体又采用有机配机对PbS 量子点进行钝化，即混合钝化，进一步降低了表面缺陷，制成的太阳能电池结构为FTO/（ZnO/TiO2）/PbS CQD/MoO X/Au/Ag，并用Cl-1和MPA对其进行钝化，得到的电池效率为7%，V OC为0.605V，J SC为20.1mA/cm2，填充因子FF为0.58。

2.4 稳定性

太阳能电池要投入商业化，其良好的稳定性与高效率同样重要，由于量子点太阳能电池具有较高的表面体积比，所以表面能很高，对其所处的环境非常敏感，如何提高其稳定性是研究人员不得不考虑的问题。研究表明，表面氧化，老化时间以及烧结都会对太阳能电池的稳定性产生影响。研究人员分别研究了PbS量子点电池在空气、氮气暴露以及热处理等不同条件下电池性能的变化。结果显示，短时间的空气暴露会使V OC和FF增加进而使电池性能得到了提高，然而空气暴露也导致了I SC的不断下降，并且该变化是可逆的，这可能是由于氧气在PbS表面的可逆物理吸附引起的。随着空气暴露时间的增长，物理吸附的氧分子分解并与PbS表面形成化学键的可能性增大，电池的性能会有一定程度的下降。PbS量子点电池在氮气气氛中其V OC，FF 以及I SC都有所提高，并且性能能保持几个月不降低。Liu et al. 采用原子层沉积法将一薄层Al2O3沉积到PbS量子点薄膜上，在PbS量子

点之间形成了扩散区势垒，一定程度上阻止了量子点的氧化，结果显示，电池在空气中暴露一个月后性能依然为原来的95%，而未加Al2O3薄层的电池性能下降了30%。这种处理方法还有效地提高了电池的V OC，FF以及I SC，电池的效率也提高了一倍。

3 量子点敏化电池

3.1敏化太阳能电池

1991年,瑞士洛桑高等工业学院的MichaelGratzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池(DSCs)中，使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高，逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳能电池之一。燃料敏化太阳能电池是典型的“三明治”结构，一般由光阳极、敏化染料、氧化还原电解质以及对电极组成。当太阳光照射在染料敏化太阳能电池上，染料分子中基态电子被激发，激发态染料分子将电子注入到纳米多孔半导体的导带中，注入到导带中的电子迅速富集到导电玻璃面上，传向外电路，并最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。经过近20年的发展，DSC电池的效率已经超过了11%，并逐步走上了产业化道路。

但有机染料敏化电池还存在以下问题：（1）有机染料对近红外光吸收相对较弱；（2）染料的长期稳定性差；（3）染料的激发态寿命很短。(4)金属钌基有机分子是人们首选的染料，但是价格昂贵。因

此染料敏化太阳能电池发展受到制约的关键难题就是敏化剂，选择合适的敏化剂已经成为敏化电池研究的重点。量子点敏化剂可以很好地解决有机染料存在的诸多问题。量子点作为敏化剂主要有以下优点：（１）量子点敏化剂种类多，来源广，成本较低廉，制备工艺相对简单；（２）量子点具有量子限域效应，可通过调控其粒径来改变能带宽度，拓宽对太阳光谱的吸收范围；（３）充分利用量子点的热电子以及单光子激发多光子发射的性能，显著提高电池的转换效率；（４）相对于有机染料，量子点具有非常好的光学稳定性；（５）量子点敏化剂不存在有机染料敏化剂由于厚度而降低光吸收的问题。更重要的是，半导体量子点或薄膜的生产比块体便宜，它们的合成温度更低，并且可以采用液相法制备。因此，半导体量子点是发展敏化太阳能电池的优秀材料。量子点敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池将对整个光伏产业产生革命性的影响。

3.2量子点敏化研究进展

量子点敏化电极的制备可分为两步：第一步是制备光阳极，一般选择TiO2，光阳极是整个电池的核心，起着俘获太阳光子和传输电子的作用。第二步是在TiO2上修饰半导体量子点。2010年，Y.Jinnouchi 等人采用原位光沉积法在TiO2纳米晶膜上沉积一层CdS薄膜，组装太阳电池，获得了高达2.52%的光电转换效率。2009年，J.Ko等人则采用依次离子层吸附和反应法制备出CdSeQD敏化TiO2薄膜电极，并通过后续退火、修饰ZnS层等方法有效地抑制了电子注入过程中的损失，使电池效率达到3.21%。Y.L.Lee等人制备出基于CdS、CdSe量

子点共敏化的太阳电池，获得了高达 4.22%的电池效率。2011 年，韩国Jeong等在多孔TiO2薄膜上制备了钙钛矿型甲胺碘化铅量子点，该量子点吸附量大、尺寸分布均匀而且具有较高的光电子注入效率，电池效率达到了 6. 5% 。该量子点材料的发现为研究人员提供了在传统金属硫族化合物之外选择和设计新型量子点的新思路。4.结束语

近年来，随着半导体纳米材料合成技术及其性能研究的不断发展，基于胶体量子点的太阳能电池因具有可溶液工艺制备、吸收光谱范围可调以及潜在的高能量转化效率等优势逐渐成为量子点应用研究的热点之一。然而目前所制备的量子点电池的能量转化效率还较低，远未达到实际利用的最低效率。在下一个研究阶段，应该更加深入理解量子点太阳能电池中载流子的产生，分离，输运以及湮灭的机理，从而探索新的太阳能电池结构，提高薄膜的质量，选择更加合适的钝化材料。另外不断探索新方法制备量子点，一方面需要提高量子点敏化剂的尺寸分布单一性，另一方面必须保证量子点与宽禁带氧化物薄膜的电接触。

(完整版)量子点太阳能电池简介

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。 1 量子点太阳能电池的物理机理 人们针对太阳能电池存在的能耗高、光电转换率低等缺点，提出了三套解决方案[1]：1）增加带隙数量，制作多带隙叠层太阳能电池；2）热载流子冷却前进行俘获；3）一个高能光子产生多个电子空穴对或者多个低能光子产生一个高能电子空穴对。目前，方案1已经得到实际应用，后两套方案基于量子点产生的量子限制效应正处于研究之中。 半导体量子点太阳能电池作为第三代太阳能电池具有潜在的优势，它通过以下两个效应可以大大增加光电转换效率：第一个效应是来自具有充足能量的单光子激发产生多激子；第二个效应是在带隙里形成中间带，可以有多个带隙起作用，来产生电子空穴对。这两个效应的产生是因为量子点中的能级量子化。能级量子化还会产生其它效应：减缓热电子-空穴对的冷却；提高电荷载流子之间的俄歇复合过程和库仑耦合；并且对于三维限制的载流子，动量不再是一个好量子数，跃迁过程不必满足动量守恒。提高转换效率的两种基本的方式(增加光电压或者增加光电流)理论上在三维量子点太阳能电池的结构中能够实现。 1.1 量子点多激子太阳能电池的机理

量子点敏化太阳能电池

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 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) 2.1 量子点敏化太阳能电池的结构 (3) 2.1.1 透明导电玻璃 (3) 2.1.2 光电极 (3) 2.1.3 量子点光敏剂 (4) 2.1.4 电解质 (4) 2.1.5 对电极 (5) 2.2 量子点敏化太阳能电池的工作原理 (5) 2.3 量子点敏化太阳能电池的优势 (6) 2.3.1 量子限制效应 (6) 2.3.2 碰撞离化效应与俄歇复合效应 (7) 2.3.3 小带效应 (7) 2.4 量子点敏化太阳能电池的发展现状 (8) 2.5 量子点敏化电极的制备方法 (9) 3 量子点敏化太阳能电池的性能改善 (9) 3.1 量子点敏化太阳能电池研究进展中出现的问题[31] (9) 3.2 提升量子点敏化太阳能电池性能的方法 (10) 3.2.1 防护层处理 (10) 3.2.2 掺杂 (10) 3.2.3 共敏化 (10) 结论 (11) 参考文献 (12)

量子点敏化太阳能电池的研究 摘要：量子点敏化太阳能电池是兼具低成本和高理论转化效率的第三代太阳能电池。量子点敏化太阳能电池发展至今，其效率已经突破了5%，但是与染料敏化电池12%的效率相比还是存在着较大的距离。通过阅读这方面的相关文献，阐述了量子点敏化太阳能电池的结构（TCO、光电极、光敏化剂、电解质和对电极）、工作原理、优势、电极的几种制备方法及发展现状。从电荷复合、量子点的光捕获、光阳极的结构、电解质和对电极5个方面分析了量子点敏化电池效率低下的原因。同时，从方法的角度出发，介绍了防护层处理，掺杂和共敏化三种方法对量子点敏化太阳能电池性能的提升作用。 关键字：量子点敏化、太阳能电池、进展、性能提升 Abstract：Quantum dot-sensitized solar cells are regarded as a potential low-cost and high-efficiency photovoltaic cell as the third generation solar cell.The efficiency of the quantum dot-sensitized solar cells have broken through 5% up to now. But there is a large distance between the efficiency of the quantum dot-sensitized solar cell with that of the dye sensitization solar cell which is 12% . By reading the literature, and expounds the structure (TCO, light electrode, photosensitive agent, electrolyte and the electrode), working principle, advantages , several kinds of preparation methods and the current situation of the quantum dot-sensitized solar cell.Five aspects which are charge recombination, light harvesting, the structure of photoanode, the electrolyte were put forward as the reasons for the low efficiency of the quantum dot-sensitized solar cells. At the same time,from a methodological point of view,three methods that improved the performance of QDSSC as the protective layer processing,doping and cosensitization were introduced. Key words: Quantum dot-sensitized、Solar cell、Progress、Performance improvement

量子点敏化太阳能电池研究进展_刘晓光

量子点敏化太阳能电池研究进展 111,2* 刘晓光，吕丽丽，田建军 12 （北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083；中国科学院北京纳米能源与系统研究所，北京 100083） 摘要：半导体量子点（Quantum Dot，简称QD）因其具有多种优异的光电性能而在太阳能转换方面得到了广泛地应用。量子点敏化太阳能电池（Quantum Dot Sensitized Solar Cell，简称QDSC），因其工艺简单、制造成本低和理论光电转换效率高，被认为是极具发展潜力的新一代太阳能电池。本文介绍了QDSC的基本结构和工作原理、QDSC的转换效率及影响因素、QDSC的研究进展等。另外，我们还对量子点敏化太阳能电池的发展进行了展望。 关键词：量子点；太阳能电池；量子点敏化太阳能电池；研究进展 引言 随着世界经济的快速发展，人们对能源的需求量与日俱增，化石能源作为不可再生能源，已无法满足全球的能源消耗。此外，化石能源的大量使用会造成全球变暖和环境污染等问题。因而，寻求可高效利用并且对环境友好的可再生能源是世界各国的共同目标。太阳能作为一种清洁的可再生能源，已经引起了广泛的关注，被认为是传统能源的最佳替代品。根据所用材料的不同，太阳能 [1] 电池可分为：硅基太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、光电化学太阳能电池、有机太阳能电池和多结太阳能电池等。 量子点，是三维尺寸小于或接近激子波尔半径，具有量子局限效应的准零维纳米粒[2,3] 子。光敏性量子点是一种窄禁带宽度的半 [4][5][6]导体材料，如CdS，CdSe，PbS， [7] InAs等，它可通过吸收一个光子能量产生多个激子或电子-空穴对，即多重激子效应（Multiple Exciton Generation，简称ME G），进而形成多重电荷载流子对，以更加有效地利用太阳能。根据美国物理学家 [8] Shockley和Queisser提出的S-Q极限模型，半导体PN结太阳能电池的光电转换效率极限为31%，如单晶硅、多晶硅太阳能电池等均受限于这一模型。然而以QD为光敏剂构筑的量子点敏化太阳能电池，在MEG效应作用下，则能突破S-Q极限效率模型，具有更高 [9,10] 的理论光电转换效率。并且，QDSC制造成本远低于硅基太阳能电池。因此，QDSC被认为是极具发展潜力的新一代太阳能电池，成为世界范围内研究的热点之一。 1 QDSC的基本结构和工作原理 QDSC是由有机染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，简称DSC）衍生而来，与之不同的是QDSC采用窄禁带宽度的QD取代DSC中的有机染料分子作为电子激发的敏化剂。与有机染料相比，QD不仅 [11~13]具有MEG效应，而且还具有其它优点：（1）QD光谱吸收范围更广，其带隙可以根据其尺寸大小来调节；（2）QD具有比有机染料分子更大的消光系数和光化学稳定性；（3）QD具有大的固有偶极矩，利于激发态电子-空穴的分离。QDSC的工作原理如图1所示，其电池主要是由导电透明电极 （如FTO）、多孔光阳极（如TiO薄膜）、 2 量子点敏化剂（QD）、电解质（如多硫化 物）和对电极（如Cu S）组成。在入射光子 2 的作用下，QD中的电子从价带跃迁到导 带，激发态的电子快速注入到光阳极TiO导 2带中，在FTO玻璃上富集并通过外电路流向 2-对电极，QD中留下的空穴与电解质中 的S

量子点在太阳能电池中的应用进展

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

第三代太阳能电池简介

第三代太阳能电池简介 何宇亮1，2，3，4王树娟1高全荣1沈文忠3丁建宁2施毅4 1，无锡新长江纳米电子科技有限公司（无锡长江路7号，2140287） 2，江苏大学微纳米科技中心（镇江学府路301号，212013） 3，上海交通大学太阳能研究所（上海闵行区东川路800号，200240） 4，南京大学物理学（南京汉路37号，210093） 摘要 在当前迅速发展的绿色能源中，硅片状太阳能电池占有很大的优势（又被称做第一代太阳能电池），然而为了大幅度降低成本扩大产量，以非晶硅薄膜太阳能电池（又被称为第二代太阳能电池）为代表的薄膜型太阳电池正在赶上，专家估计不久将会占有市场。为了进一步克服前二者存在着的不可克服的弱点，不断提高电池的光电性能及转换效率，近些年叠层式薄膜太阳能电池的研究已受到各国科学界重视。由于它已表现出比前二者具有更强的优势和应用前景，因此已被国内外学术界命名为第三代太阳能电池。作者结合自己在这方面的工作和一些设想对它做一些简要的介绍。 1、第三代太阳能电池指的是什么 在全球绿色能源大幅度蓬勃发展中，对太阳能的利用已被各个先进国家列为非常重要的地位。一般称目前正在大量生产且在市场上占主要地位的单晶硅、多晶硅片状电池为第一代太阳能电池，它从上世界50年代发展到今天其工艺技术已成熟且光电转换效率已达15～25％（其理论上极限值为29％）。正是由于它使用的是体硅材料，不仅对硅材料消耗量很大，以至成本高，而且其转换效率已接近于理论极限值，进一步发展的空间有限。 近十多年来属于第二代的薄膜型太阳能电池发展迅速，且已有大量投产，具有与第一代太阳能电池抗衡的苗头。据了解，日本Sharp公司将于今年在大阪市建立一座年产量达1GW的非晶硅薄膜太阳能电池厂。我国已计划将在无锡建造一条全自动化非晶硅太阳能电池生产线，每年可生产光电155MW。大家知道，非晶硅薄膜对可见光的吸收能力比晶体硅高500倍，电池厚度仅为晶体硅电池的百分之几（μm量级），它可以以廉价玻璃、柔性塑料以及不锈钢薄片为衬底材料。这不仅大大降低了制作成本，节省硅材料，还能根据需要制成大面积的电池板，这些都是它的优势。虽然它的光电转化效率还较低，仅为（6～10）％，但提高的空间较大。随着科学技术的不断提高以及人们对低温成膜技术的不断改进，几年之后很有可能超过目前多晶硅电池的转变效率。

量子点太阳能电池

量子点太阳能电池 摘要：量子点太阳能电池属于第三代太阳电池，优异的特性使其保持器件性能的同时能大幅降低太阳能电池的制造成本，因而已成为当前的前沿和热点课题之一。本文就量子点太阳能电池的基本原理，发展历史以及性能优化方案做了简单介绍，并对量子点敏化太阳能电池的发展做了阐述。 关键词：太阳能电池、量子点、性能优化、敏化 太阳能电池是很有前景的可再生能源，有望解决日益加剧的能源危机。一般来讲，太阳能电池基本上是一种大面积的不施加偏压的pn结器件。当太阳光照射这种pn结器件时光能便转化为电能。太阳能电池的主要参数包括短路电流（J SC)、开路电压（V OC)、填充因子（Fill Factor，FF)、量子效率（Quantum Efficiency)、串联电阻（R S）和并联电阻（R Sh)等。 光能转化为电能的过程简单来讲大体包括载流子的光产生、载流子分离和载流子输运等三个主要阶段。当一个光子碰撞太阳能电池有源层时，若光子能量小于有源层材料的禁带宽度时，光子从太阳能电池有源层中透射而过；当光子能量等于或大于有源层材料的禁带宽度时，光子被太阳能电池的有源层吸收，多余的能量将会转化为热能。在太阳能电池中，载流子的分离存在两种主要方式：(1)载流子在电池内建电场作用下的漂移运动；(2)载流子在电池中由于浓度梯度的存在

而产生的扩散运动。在较厚的太阳能电池中由于在有源区不存在电场，载流子的主要分离方式是扩散，从而对于这些电池来说少数载流子的扩散长度必须要能与电池厚度相当。在较薄的电池中，由于缺陷的大量存在少数载流子的扩散长度通常很短，因此载流子的主要分离方式是在内建电场作用下的漂移运动。太阳能电池的n型半导体端和P型半导体端通过金属-半导体欧姆接触的方式形成两端电极，电极与外部负载相连。在电子-空穴分离后，如果载流子还未到达两端电极，它们将主要通过扩散的方式在中性区运动。n型半导体端自身所产生的电子以及通过半导体"结"收集的电子会通过n端电极、外部导线、负载到达P端金属-半导体接触电极，然后与P端空穴复合。 太阳能电池的研发经历了三个阶段，目前正从第一代基于硅片技术的第一代太阳能电池向基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳 能电池过渡。但第二代太阳能电池效率较低，稳定性也比较差。因此第三代太阳能电池应运而生。第三代太阳能电池是太阳能电池技术发展的前沿领域，现在仍处于研究发展阶段。大体上来讲，第三代太阳能电池包含除了第一和第二代电池之外的所有太阳能电池技术，主要有有机半导体（聚合物或小分子）太阳能电池、量子点太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机/无机杂化太阳能电池、双结/多结太阳能电池、中间带太阳能电池和热载流子太阳能电池等，这些电池分类之间既彼此独立又互有重叠。第三代太阳能电池有望实现光电转换效率比第一代太阳能电池高的同时，保持第二代太阳能电池的低成本优势。

量子点太阳能电池---原理,技术最新介绍

Physica E14(2002)115– 120 https://www.sodocs.net/doc/325917133.html,/locate/physe Quantum dot solar cells A.J.Nozik? National Renewable Energy Laboratory,Center for Basic Sciences,1617Cole Boulevard,Golden,CO80401,USA Abstract Quantum dot(QD)solar cells have the potential to increase the maximum attainable thermodynamic conversion e ciency of solar photon conversion up to about66%by utilizing hot photogenerated carriers to produce higher photovoltages or higher photocurrents.The former e ect is based on miniband transport and collection of hot carriers in QD array photoelectrodes before they relax to the band edges through phonon emission.The latter e ect is based on utilizing hot carriers in QD solar cells to generate and collect additional electron–hole pairs through enhanced impact ionization processes.Three QD solar cell con?gurations are described:(1)photoelectrodes comprising QD arrays,(2)QD-sensitized nanocrystalline TiO2,and (3)QDs dispersed in a blend of electron-and hole-conducting polymers.These high-e ciency con?gurations require slow hot carrier cooling times,and we discuss initial results on slowed hot electron cooling in InP QDs.?2002Elsevier Science B.V.All rights reserved. Keywords:Hot electrons;Quantum dots;(Ultra-high photovoltaic)conversion e ciency;Impact ionization;E ciency limits 1.Introduction The maximum thermodynamic e ciency for the conversion of unconcentrated solar irradiance into electrical free energy in the radiative limit assum-ing detailed balance and a single threshold absorber was calculated by Shockley and Queisser in1961 [1]to be about31%;this analysis is also valid for the conversion to chemical free energy[2,3].Since conversion e ciency is one of the most important parameters to optimize for implementing photovoltaic and photochemical cells on a truly large scale[4], several schemes for exceeding the Shockley–Queissar (S–Q)limit have been proposed and are under active investigation.These approaches include tandem ?Tel.:+1-303-384-6603;fax:+1-303-384-6655. E-mail address:anozik@https://www.sodocs.net/doc/325917133.html,(A.J.Nozik).cells[5],hot carrier solar cells[6–8],solar cells producing multiple electron–hole pairs per photon through impact ionization[9,10],multiband and impu-rity solar cells[4,11],and thermophotovoltaic=thermo-photonic cells[4].Here,we will only discuss hot carrier and impact ionization solar cells,and the e ects of size quantization on the carrier dynamics that control the probability of these processes. The solar spectrum contains photons with ener-gies ranging from about0.5to3:5eV.Photons with energies below the semiconductor band gap are not absorbed,while those with energies above the band gap create electrons and holes with a total excess kinetic energy equal to the di erence between the photon energy and the band gap.This excess kinetic energy creates an e ective temperature for the carri-ers that is much higher than the lattice temperature; such carriers are called“hot electrons and hot holes”, and their initial temperature upon photon absorption 1386-9477/02/$-see front matter?2002Elsevier Science B.V.All rights reserved. PII:S1386-9477(02)00374-0

量子点敏化太阳能电池研究进展中出现的问题及其解决方案

量子点敏化太阳能电池研究进展中出现 的问题及其解决方案 篇一：量子点太阳能电池 量子点太阳能电池 摘要：量子点太阳能电池属于第三代太阳电池，优异的特性使其保持器件性能的同时能大幅降低太阳能电池的制造成本，因而已成为当前的前沿和热点课题之一。本文就量子点太阳能电池的基本原理，发展历史以及性能优化方案做了简单介绍，并对量子点敏化太阳能电池的发展做了阐述。 关键词：太阳能电池、量子点、性能优化、敏化 太阳能电池是很有前景的可再生能源，有望解决日益加剧的能源危机。一般来讲，太阳能电池基本上是一种大面积的不施加偏压的pn结器件。当太阳光照射这种pn结器件时光能便转化为电能。太阳能电池的主要参数包括短路电流（JSC)、开路电压（VOC)、填充因子（Fill Factor，FF)、量子效率（Quantum Efficiency)、串联电阻（RS）和并联电阻（RSh)等。 光能转化为电能的过程简单来讲大体包括载流子的光产生、载流子分离和载流子输运等三个主要阶段。当一个光子碰撞太阳能电池有源层时，若光子能量小于有源层材料的

禁带宽度时，光子从太阳能电池有源层中透射而过；当光子能量等于或大于有源层材料的禁带宽度时，光子被太阳能电池的有源层吸收，多余的能量将会转化为热能。在太阳能电池中，载流子的分离存在两种主要方式：(1)载流子在电池内建电场作用下的漂移运动；(2)载流子在电池中由于浓度梯度的存在 而产生的扩散运动。在较厚的太阳能电池中由于在有源区不存在电场，载流子的主要分离方式是扩散，从而对于这些电池来说少数载流子的扩散长度必须要能与电池厚度相当。在较薄的电池中，由于缺陷的大量存在少数载流子的扩散长度通常很短，因此载流子的主要分离方式是在内建电场作用下的漂移运动。太阳能电池的n型半导体端和P型半导体端通过金属-半导体欧姆接触的方式形成两端电极，电极与外部负载相连。在电子-空穴分离后，如果载流子还未到达两端电极，它们将主要通过扩散的方式在中性区运动。n 型半导体端自身所产生的电子以及通过半导体"结"收集的电子会通过n端电极、外部导线、负载到达P端金属-半导体接触电极，然后与P端空穴复合。 太阳能电池的研发经历了三个阶段，目前正从第一代基于硅片技术的第一代太阳能电池向基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳能电池过渡。但第二代太阳能电池效率

量子点敏化太阳能电池研究进展文档解析

量子点敏化太阳能电池研究进展 摘要： 量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点(QDs)本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点，近年来受到广泛关注。在此类电池中，无机半导体量子点敏化剂作为吸光材料，其自身的光电性质、制备方法、表面缺陷、化学稳定性及其在TiO2光阳极上的敏化方法等是影响电池性能的关键。本文综述了无机半导体量子点敏化剂(包括窄带隙二元量子点、多元合金量子点及Type-II核壳量子点)的最新研究进展，重点介绍了胶体量子点的制备方法；分类阐释了量子点在TiO2光阳极表面的沉积与敏化方法，特别是双官能团辅助自组装吸附法；总结了针对提高电子注入效率和减少复合的量子点表面修饰方法；最后简要介绍了QDSCs的电解质和对电极的研究进展。 关键词： 量子点敏化太阳能电池；无机半导体量子点；胶体量子点；双官能团辅助自组装；表面修饰 Progress in Quantum Dot-Sensitized Solar Cells Abstrac t: Quantum dot-sensitized solar cells (QDSCs) have attracted much attention in the past few yearsbecause of the advantages of quantum dots (QDs), including low cost, easy fabrication, size-dependence bandgap, and multiple exciton generation (MEG). The properties of QD sensitizers influence the performanceof QDSCs, such as their photoelectric characteristics, preparation methods, surface defects, chemical stability,and their sensitization towards TiO2 photoanodes. This review demonstrates the development of QD sensitizers, including narrow bandgap binary QDs, ternary or quaternary alloyed QDs, and Type-II core-shellQDs, especially the preparation methods of colloidal QDs. Furthermore, the deposition and sensitization methods of QDs are introduced in detail, particularly bifunctional-assisted self-assembly deposition.Meanwhile, methods to improve electron injection efficiency and reduce charge recombination are also summarized. Finally, a brief introduction is provided to the development of electrolytes and counter electrodes in QDSCs. Key Words: Quantum dot-sensitized solar cell;Inorganic semiconductor quantum dot;Colloidalquantum dot; Bifunctional-assisted self assembly; Surface treatment

量子点发光材料综述

量子点 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为，也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又

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

量子点太阳能电池

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量子点太阳能电池 摘要：量子点太阳能电池属于第三代太阳电池，优异的特性使其保持器件性能的同时能大幅降低太阳能电池的制造成本，因而已成为当前的前沿和热点课题之一。本文就量子点太阳能电池的基本原理，发展历史以及性能优化方案做了简单介绍，并对量子点敏化太阳能电池的发展做了阐述。 关键词：太阳能电池、量子点、性能优化、敏化 太阳能电池是很有前景的可再生能源，有望解决日益加剧的能源危机。一般来讲，太阳能电池基本上是一种大面积的不施加偏压的pn结器件。当太阳光照射这种pn结器件时光能便转化为电能。太阳能电池的主要参数包括短路电流（J SC)、开路电压（V OC)、填充因子（Fill Factor，FF)、量子效率（Quantum Efficiency)、串联电阻（R S）和并联电阻（R Sh)等。 光能转化为电能的过程简单来讲大体包括载流子的光产生、载流子分离和载流子输运等三个主要阶段。当一个光子碰撞太阳能电池有源层时，若光子能量小于有源层材料的禁带宽度时，光子从太阳能电池有源层中透射而过；当光子能量等于或大于有源层材料的禁带宽度时，光子被太阳能电池的有源层吸收，多余的能量将会转化为热能。在太阳能电池中，载流子的分离存在两种主要方式：(1)载流子在电池内建电场作用下的漂移运动；(2)载流子在电池中由于

浓度梯度的存在而产生的扩散运动。在较厚的太阳能电池中由于在有源区不存在电场，载流子的主要分离方式是扩散，从而对于这些电池来说少数载流子的扩散长度必须要能与电池厚度相当。在较薄的电池中，由于缺陷的大量存在少数载流子的扩散长度通常很短，因此载流子的主要分离方式是在内建电场作用下的漂移运动。太阳能电池的n型半导体端和P型半导体端通过金属-半导体欧姆接触的方式形成两端电极，电极与外部负载相连。在电子-空穴分离后，如果载流子还未到达两端电极，它们将主要通过扩散的方式在中性区运动。n型半导体端自身所产生的电子以及通过半导体"结"收集的电子会通过n端电极、外部导线、负载到达P端金属-半导体接触电极，然后与P端空穴复合。 太阳能电池的研发经历了三个阶段，目前正从第一代基于硅片技术的第一代太阳能电池向基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳能电池过渡。但第二代太阳能电池效率较低，稳定性也比较差。因此第三代太阳能电池应运而生。第三代太阳能电池是太阳能电池技术发展的前沿领域，现在仍处于研究发展阶段。大体上来讲，第三代太阳能电池包含除了第一和第二代电池之外的所有太阳能电池技术，主要有有机半导体（聚合物或小分子）太阳能电池、量子点太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机/无机杂化太阳能电池、双结/多结太阳能电池、中间带太阳能电池和热载流子太阳能电池等，这些电池分类之间既彼此独立又互有重叠。第三代太阳能电池有望