量子光电池

量子光电池热电子能让太阳能电池的效率翻番目前市场上的太阳能电池，只能将接收到的阳光能量的 10%至 15%转化为电能，以致发电成本居高不下。原因之一 是，单层硅吸收阳光的效率，理论上限大约是 31%（实验室 中最好的光电池可以达到 26%）。而对半导体晶体（或称为 “量子点”）的新研究表明，这一理论上限可以提高到 60% 以上，这为开发低成本发 电设备带来了希望。在传统光电池中，硅中的电子被射入的光子击出而成为 自由电子，能够自由地流入导线，从而产生电流。不幸的是， 阳光中许多光子能量太高，当它们击打到硅上 时，会产生 一种“热电子”，它们会以热的形式迅速损失能量，在被导 线捕捉到之前又重新回到初始状态。如果能在热电子冷却前 就捕捉到它们，那么光电池的效率 上限就会翻一番。解决方案之一是降低电子的冷却速度，为捕捉它们赢得 更多时间。去年，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的化学家朱 晓阳（Xiaoyang Zhu，音译）和同事将注意力投向了一种量 子点，每一个点只包含数千个原子。他们将硒化铅量子点沉 积在一层导电的二氧化钛（一种普通材料）上。当光线照在 上面时，所产生的热电子损失能量所需的时间要比原先长了 1 000 倍。美国圣母大学( University of Notre Dame )的普拉 山特卡马特(Prashant Kamat，未参与此项研究)评论道， 朱晓阳的团队“确实证明了这一设想是可能实现的”。然而，延缓电子能量损失仅仅是一个方面。目前，朱晓 阳的团队正在寻找能让导体将尽可能多的热电子转化为电 流的方法，这样，导体本身才不会将它们以热量的形式吸收。在最终得到实用的太阳能电池之前，还有许多困难需要 克服。朱晓阳说，“我们需要建立一整套物理理论”，包括 热电子究竟如何冷却，它们怎样流入导体等等。他 说：“一 旦解决了所有这些问题，我们就会知道最终应该使用什么材 料。” 朱晓阳预计，这项工作“需要一些时间，但是我有 信心取得成功。我希望看到这些新型太阳能电池板安装在自 家屋顶上” 。该项目的商业回报将十分可观。