面向低能红外光子利用的高效率量子点红外太阳能电池

【作者】 张建兵； 夏勇； 刘思思； 王康；

【机构】 华中科技大学光学与电子信息学院；

【摘要】 基于窄带隙半导体的红外太阳能电池可以捕获和利用低能红外光子,从而弥补常规电池光谱利用方面的不足（图1a）,有望显著提升太阳光的利用效率,并成为叠层结构底电池的备选方案^[1]。然而,可溶液工艺处理的窄带隙半导体材料极为有限,因此,光伏性能优良、带隙在红外可调的PbS量子点成为红外太阳能电池的理想选择。但是,当前的合成方法难以制备出表面钝化良好、尺寸高度均一的大尺寸窄带隙PbS量子点,成为限制红外太阳能电池发展的关键问题^[2,3]。我们提出一种新颖的PbS量子点合成方法,通过阳离子交换将ZnS纳米棒转变为高度单分散的PbS量子点,其形貌转变过程如图1b所示。基于此方法,我们得到了高质量的大尺寸窄带隙PbS量子点,其尺寸分布优于文献报道的所有值,达到2.9%,并且具有原位卤素钝化,表现出较高的PL效率和极好的稳定性。利用这些高质量的PbS量子点,我们制备了带隙为～0.95eV的红外太阳能电池,其结构如图1c所示。得益于极窄的尺寸分布和原位卤素钝化,器件展现出极好的全光谱和红外响应,其EQE在红外区域最高可达65%,如图1e所示。在标准太阳光谱下,器件的效率为10%,钙钛矿过滤后的效率为4.2%,硅片过滤后的效率为1.1%（图1d）。三种光谱条件下的效率均优于于文献报道值^[3],是当前量子点红外太阳能电池效率的世界纪录。更多还原