NREL研發新點太陽能電池，外量子效率超過100%

    據報道，美國國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員今年年初宣布采用量子點材料制造出了外量子效率(EQE)超過100%的太陽電池，從而證實了多激子產生(Multiple Exciton Generation，MEG)效應對未來高效太陽能電池研究的意義。

    NREL的測試結構包括抗反射鍍膜玻璃、透明導電層，納米結構氧化鋅層和經過乙二硫醇和肼處理的硒化鉛量子點層。這項研究是量子點太陽電池的外量子效率首次突破100%。由于未經優化，電池轉換效率僅達到4.5%。雖然效率相對較低，但在該太陽電池光電流中展示了多激子的生成仍然具有重要意義，這一結果為提高太陽電池效率開辟了一條新的路徑。

    外量子效率為指單位時間內從太陽電池產生的電子數量與單位時間內照射在太陽電池表面光子數量的比值。NREL的電池對能量3.5eV的光子外量子效率為114%。量子效率超過100%，意味著太陽電池吸收單個高能光子，會產生多個激子，即所謂的多激子產生效應。在傳統晶硅太陽能電池中，高能光子高于半導體材料帶隙的能量部分將以熱量(聲子)的形式散失，這是限制傳統電池理論效率的主要因素之一。量子點材料可以將載流子限制在其微小體積內，通過產生多個激子，充分利用高能光子的能量，從而大大提高效率，將光子轉化為更多電能。

    目前國內研究機構也開始了對多激子產生的研究，南京大學微納光學與超快光學實驗室申請國家自然科學基金項目“半導體納米材料的多激子產生研究”獲90萬元資助，而臺灣大學嚴慶齡工業研究中心也在進行多激子效應量子點高分子太陽能電池的研究。此外，中國科學院半導體研究所材料科學中心的曾一平研究員和武漢光電國家實驗室(籌)的唐江教授也分別就此問題發表過綜述文章。