量子點(diǎn)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中的應(yīng)用

張金中,石建英

(1.加州大學(xué)圣塔克魯茲分校化學(xué)與生物化學(xué)系,美國(guó)加州950064; 2.中山大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,廣東省教育廳環(huán)境與能源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州510275)

量子點(diǎn)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中的應(yīng)用

張金中1,石建英2

(1.加州大學(xué)圣塔克魯茲分?；瘜W(xué)與生物化學(xué)系,美國(guó)加州950064; 2.中山大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,廣東省教育廳環(huán)境與能源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州510275)

利用清潔可再生的太陽(yáng)能是人類(lèi)從根本上解決能源危機(jī)和化石燃料使用所帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題的最有效的途徑之一,而將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奶?yáng)能電池是人類(lèi)利用太陽(yáng)能的主要途徑。當(dāng)前已經(jīng)出現(xiàn)了多種新的用于提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率以及降低太陽(yáng)能電池成本的技術(shù)。其中,利用量子點(diǎn)半導(dǎo)體作為吸光材料直接用于光電轉(zhuǎn)化或者敏化低成本的金屬氧化物間接用于太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化,是相對(duì)新并且有前景的技術(shù)之一。針對(duì)基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池的研究在過(guò)去十年中已經(jīng)取得了顯著的成果,文中在對(duì)基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池基本原理作簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上,從幾個(gè)特殊例子出發(fā)介紹了相關(guān)研究工作的最新進(jìn)展。

量子點(diǎn);太陽(yáng)能電池;光電轉(zhuǎn)化

0 引言

隨著人口的急劇增長(zhǎng)及工業(yè)化的快速發(fā)展,人類(lèi)對(duì)能源的需求到達(dá)了前所未有的程度。同時(shí),作為人類(lèi)賴(lài)以生存的、不可再生的化石能源即將消耗殆盡。此外,化石燃料消耗所帶來(lái)的二氧化碳排放已經(jīng)成為影響人類(lèi)生存環(huán)境及制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。因此,尋找可替代的、理想的可再生能源成為極其迫切的任務(wù),是當(dāng)前科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域。

在各種可替代的能源中,太陽(yáng)能是當(dāng)前最具吸引力的可再生能源,具有環(huán)境友好、分布廣泛、取之不盡用之不竭的特點(diǎn)[1]。通過(guò)大面積制造和廉價(jià)材料的使用,可以低成本、高效率地利用太陽(yáng)能[1]。太陽(yáng)能還可以經(jīng)過(guò)電解或光電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生可存儲(chǔ)的化學(xué)燃料[2]。

目前,占據(jù)市場(chǎng)主要份額的晶體硅基太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)高達(dá)10%～20%[3]。然而,獲得高轉(zhuǎn)化效率所需的高純硅造價(jià)昂貴[4],這一問(wèn)題在生產(chǎn)硅基太陽(yáng)能電池所需的體硅材料時(shí)更加突出。因此,尋找能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化的可替代材料是解決這一問(wèn)題的根本途徑。

金屬氧化物具有低成本、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn),但大多數(shù)金屬氧化物具有寬的能帶結(jié)構(gòu),不能夠有效地吸收可見(jiàn)光[5]。因此,人們通過(guò)各種途徑來(lái)提高金屬氧化物對(duì)光的吸收,例如使用染料分子或半導(dǎo)體量子點(diǎn)(QD)作為敏化劑達(dá)到可見(jiàn)光吸收的目的,同時(shí)染料分子或半導(dǎo)體量子點(diǎn)能夠?qū)⒐馍娮愚D(zhuǎn)移到金屬氧化物上[4,6]。雖然染料敏化太陽(yáng)能電池的效率已達(dá)到12%,但有機(jī)染料分子長(zhǎng)期的不穩(wěn)定性制約了該類(lèi)電池的進(jìn)一步發(fā)展。作為最有前景的金屬氧化物敏化材料,相對(duì)穩(wěn)定的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)近年來(lái)備受關(guān)注,其太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率超過(guò)了5%[4,7-10]。與此同時(shí),基于物理沉積或溶液過(guò)程合成的量子點(diǎn)已經(jīng)被直接用于光電轉(zhuǎn)化過(guò)程,在某些條件下其效率已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)10%[11]。

本文討論了量子點(diǎn)獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)、基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池和量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的基本原理,通過(guò)幾個(gè)相關(guān)的研究實(shí)例概述了兩類(lèi)電池的最新進(jìn)展。以期有助于人們對(duì)于量子點(diǎn)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中的光電性能和功能的理解和認(rèn)識(shí)。

1 量子點(diǎn)的特性

量子點(diǎn)是物理尺寸在幾到幾十納米范疇的、非常小的半導(dǎo)體晶體。由于量子限域效應(yīng),量子點(diǎn)的電子態(tài)密度和能級(jí)結(jié)構(gòu)明顯區(qū)別于相應(yīng)的體相材料[12]。隨著粒子尺寸的降低,量子點(diǎn)的電子態(tài)密度降低,能級(jí)間隔增加,包括決定材料電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的禁帶寬度的增加。例如,圖1所示的紫外光照下不同顏色的硒化鎘量子點(diǎn),表觀顏色來(lái)源于其對(duì)光的吸收以及隨后的熒光過(guò)程。不同的發(fā)光顏色源于不同的粒子粒徑,紅色發(fā)光來(lái)源于大粒徑、小能帶寬度的量子點(diǎn),而藍(lán)色發(fā)光來(lái)自于小粒徑、大禁帶寬度的量子點(diǎn)。

圖1 紫外光照下，不同粒徑硒化鎘量子點(diǎn)的發(fā)光照片(隨著粒徑從左向右逐漸降低,發(fā)光顏色由紅色變成藍(lán)色)Fig.1 A photograph of a collection of different sized CdSe QDs with the size decreasing from the left to the right under UV illumination

2 量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池和量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的基本原理

基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池有兩類(lèi)常見(jiàn)的基本結(jié)構(gòu)。圖2(a)所示的構(gòu)型中,量子點(diǎn)在電池中同時(shí)作為吸光材料和電荷轉(zhuǎn)移材料,其雙重功能類(lèi)似于硅基太陽(yáng)能電池中半導(dǎo)體硅的作用。該類(lèi)電池被命名為量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池,自其理論于2000年首次被提出之后[13],迅速出現(xiàn)了許多相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)的研究報(bào)道[14-20]。

圖2 兩類(lèi)不同構(gòu)型的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池示意圖(光照射來(lái)自于頂部半透明的半導(dǎo)體基底或電極):(a)只包含量子點(diǎn); (b)量子點(diǎn)敏化的氧化物納米線(xiàn)Fig.2 Schematic illustration of two different confgurations of QD solar cells(light illumination comes from above the top semitransparent and semiconducting substrate or electrode):(a) QDs only;(b)QD-sensitized MO nanowires(NWs)

在典型的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池中,量子點(diǎn)以無(wú)序或理想的有序結(jié)構(gòu)夾于兩個(gè)基底材料之間,其中有一個(gè)半透明基底用于光的照射。在實(shí)際器件的構(gòu)筑中,經(jīng)常在基底層和量子點(diǎn)層之間添加一薄層導(dǎo)電材料,如金屬或?qū)щ娋酆衔?用以提高電子或空穴的傳輸效率。通過(guò)疊加相同或不同的量子點(diǎn)層,能夠提高光的吸收以及電荷的分離與傳輸效率,如圖3所示的組裝在GaAs(311)B基底的多層InGaAs/GaAs量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池[11]。從圖中可以看出,由于多層量子點(diǎn)的額外貢獻(xiàn),電池的表觀量子效率在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)顯著增加。兩步吸收小于帶隙的光子能量是單結(jié)太陽(yáng)能突破Shockley-Queisser理論限制增加量子效率的關(guān)鍵步驟。正向偏壓區(qū)間內(nèi)光電流的增加源自于該偏壓下載流子在量子點(diǎn)的部分填充。在AM 1.5(1個(gè)太陽(yáng))照射下,該電池總的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率達(dá)到13.7%[11]。

圖3 構(gòu)筑于GaAs(311)B基底的多層InGaAs/GaAs量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池:(a)結(jié)構(gòu)示意圖;(b)1.5 AM照射下,GaAs(311)B基底上10層堆疊的67 nm厚的InGaAs/GaAs量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的電流-電壓曲線(xiàn)(J-V)[11](VOC:開(kāi)路電壓;ISC:短路電流;FF:填充因子;η:能量轉(zhuǎn)化效率)Fig.3 Schematic of the InGaAs/GaAs QDSC fabricated on GaAs(311)B:(a)schematic structure;(b)representative current–voltage curve(J-V)measured under AM 1.5 irradiation for the 10-layer stacked InGaAs/GaAs QDSC on GaAs(311)B with a spacer layer of 67 nm[11](VOCrepresents open circuit voltage,ISCrepresents short circuit current,FF represents fll factor,η represents energy conversion effciency)

大多數(shù)量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的構(gòu)筑基于昂貴的物理沉積技術(shù),所以急需發(fā)展低成本的溶液合成策略。例如,基于溶液相合成的、能夠在周?chē)h(huán)境中穩(wěn)定存在的硒化鎘和碲化鎘量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池,在空氣中能夠達(dá)到穩(wěn)定的2.9%的能量轉(zhuǎn)化效率[21]。施主-受主模型被用于解釋在極薄的雙層膜(硒化鎘膜和碲化鎘膜)中的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。相比非溶液相合成的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池,液相合成法的成本低廉且容易操作。然而,在液相合成過(guò)程中由于有雜質(zhì)的存在,容易在器件中引入各種缺陷。因此,液相合成或物理合成策略的選取要從實(shí)際應(yīng)用的角度加以考慮。

大多數(shù)用溶液法合成的量子點(diǎn)表面存在保護(hù)性配體來(lái)穩(wěn)定量子點(diǎn),這些配體的存在直接影響電荷的傳輸過(guò)程。為了促進(jìn)電荷的傳輸,量子點(diǎn)表面非導(dǎo)電性的配體往往會(huì)在構(gòu)筑太陽(yáng)能電池之前加以去除。然而,表面配體的去除降低了量子點(diǎn)的穩(wěn)定性,從而導(dǎo)致量子點(diǎn)的團(tuán)聚;而團(tuán)聚能夠促進(jìn)量子點(diǎn)之間的緊密接觸,實(shí)際上有利于光電過(guò)程中電荷的傳輸。

由于量子點(diǎn)是太陽(yáng)能電池中光吸收以及電荷傳輸?shù)闹饕糠?所以量子點(diǎn)的化學(xué)本質(zhì)、粒徑、形貌、表面性質(zhì)以及薄膜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接影響到太陽(yáng)能電池的操作性能。例如,量子點(diǎn)的粒徑?jīng)Q定了量子點(diǎn)的禁帶寬度及相應(yīng)的光吸收范圍。從原理上講,可以通過(guò)混合不同粒徑的量子點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)寬光譜范圍的光吸收,即所謂的彩虹效應(yīng),盡可能多地覆蓋整個(gè)太陽(yáng)光譜。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,困難來(lái)自于小粒徑、寬禁帶寬度的量子點(diǎn)向大粒徑、窄能帶寬度的量子點(diǎn)的能量轉(zhuǎn)移。因此,精確調(diào)控多個(gè)參數(shù)對(duì)于優(yōu)化整個(gè)太陽(yáng)能電池的操作性能至關(guān)重要。

在另一種構(gòu)型的太陽(yáng)能電池中(如圖2(b)所示),量子點(diǎn)作為半導(dǎo)體材料(如氧化物)的敏化劑用于光的吸收,類(lèi)似于染料敏化電池中的染料分子,即量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。Peter及其合作者于2002年首次報(bào)道了量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池[22],該電池中的量子點(diǎn)用于光的吸收而金屬氧化物作為載流子傳輸?shù)妮d體。圖4給出的基本原理中,量子點(diǎn)吸收光能產(chǎn)生激子或電子-空穴對(duì),這些激子對(duì)或電子-空穴對(duì)能夠分離成自由的電子和空穴。當(dāng)量子點(diǎn)與半導(dǎo)體氧化物間能級(jí)結(jié)構(gòu)相匹配時(shí),電子能夠從量子點(diǎn)注入到半導(dǎo)體氧化物中。作為載流子的傳輸載體,半導(dǎo)體氧化物的載流子傳輸性能取決于氧化物禁帶內(nèi)的捕獲態(tài)。例如,淺捕獲態(tài)有利于載流子的傳輸,深捕獲態(tài)能夠作為電子和空穴的復(fù)合中心而影響載流子的傳輸,而那些已經(jīng)被電子或空穴所占據(jù)的捕獲態(tài)亦有利于載流子的傳輸。因此,控制金屬氧化物中禁帶內(nèi)捕獲態(tài)的位置、密度及占據(jù)程度,對(duì)于高效的載流子的傳輸極為重要。金屬氧化物中的捕獲態(tài)能夠通過(guò)化學(xué)處理或摻雜的方法加以調(diào)控[23]。同樣地,在電子注入金屬氧化物之前,量子點(diǎn)禁帶內(nèi)的捕獲態(tài)能夠引起電子和空穴的復(fù)合。因此,盡可能地降低量子禁帶內(nèi)捕獲態(tài)的數(shù)量同樣有利于載流子的傳輸。

圖4 電子從量子點(diǎn)向金屬氧化物納米線(xiàn)的注入示意圖(金屬氧化物中的捕獲態(tài)通過(guò)調(diào)控能夠增強(qiáng)載流子的傳輸)(CB:導(dǎo)帶;VB:價(jià)帶)Fig.4 Illustration of electron injection from a QD to a MO NW (The trap states in the bandgap of the MO can be manipulated to enhance charge transport)(CB represents conductive band,VB represents valence band)

繼首次量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池被報(bào)道之后,大量的研究工作致力于通過(guò)多種途徑來(lái)提高該類(lèi)電池的效率與穩(wěn)定性[24-26]。很顯然,該類(lèi)太陽(yáng)能電池的總體性能取決于量子點(diǎn)的具體特性、量子點(diǎn)的負(fù)載量、電池的界面性質(zhì)以及器件的具體結(jié)構(gòu)。例如,增加量子點(diǎn)負(fù)載量,同時(shí)提高II-型CdTe/CdSe核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的性能(寬光譜吸收,載流子快速分離以及低載流子復(fù)合速率),基于介孔TiO2的太陽(yáng)能電池在一個(gè)太陽(yáng)照射下的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了6.76% (電流密度=19.59 mA/cm2,開(kāi)路電壓=0.606 V,填充因子=0.569),這是目前報(bào)道的液結(jié)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的最高效率[7]。圖5給出了該電池典型的光電性能測(cè)試結(jié)果。CdTe/CdSe核殼結(jié)構(gòu)同時(shí)提高了電池的開(kāi)路電壓和短路電流,最終提高了整個(gè)電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

圖5 CdSe和CdTe/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池光電性能:(a)電流-電壓曲線(xiàn)(J-V);(b)光電轉(zhuǎn)化效率IPCE(入射光子轉(zhuǎn)化為電流的效率);(c)APCE(可利用光子轉(zhuǎn)化為電流的效率)曲線(xiàn)Fig.5 Photovoltaic performance of CdSe and CdTe/CdSe QD-based QDSCs:(a)current-voltage(J-V);(b)IPCE(incident photon to current effciency);(c)APCE(available photon to current effciency)curves[7]

除了上述兩類(lèi)基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池外,其他多種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池也涉及到量子點(diǎn)的使用,如量子點(diǎn)與無(wú)機(jī)或有機(jī)材料(聚合物或等離子金屬納米結(jié)構(gòu)[27-28])相復(fù)合的材料被用于太陽(yáng)能電池。這類(lèi)材料在提高載流子的傳輸和轉(zhuǎn)移方面具有潛在的優(yōu)勢(shì),但其合成、構(gòu)筑以及性能方面的研究往往由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜而難以深入。合理的控制以及加深對(duì)材料的基本認(rèn)識(shí),是該類(lèi)復(fù)合材料應(yīng)用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化或其他領(lǐng)域的關(guān)鍵步驟。

3 基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池研究的最新進(jìn)展

近年來(lái),基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池的研究工作已經(jīng)取得了大的進(jìn)展。尤其在最近幾年中,電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)從十年前的小于1%增加到目前的大于5%。除了電池構(gòu)筑技術(shù)的提高外,光電轉(zhuǎn)化效率的提高主要來(lái)自于對(duì)量子點(diǎn)性質(zhì)的深入認(rèn)識(shí)和有效調(diào)控。一個(gè)具體的例子是利用串聯(lián)結(jié)構(gòu)優(yōu)化光的吸收和電荷轉(zhuǎn)移[29]。舉例來(lái)說(shuō),將4.5 nm的強(qiáng)發(fā)光的CdSeS量子點(diǎn)制備成梯度結(jié)構(gòu),能夠在不改變粒子粒徑的前提下實(shí)現(xiàn)整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)范圍內(nèi)吸收光和發(fā)射光的連續(xù)可調(diào)[30]。通過(guò)電泳沉積技術(shù)將這些量子點(diǎn)連續(xù)沉積于介孔TiO2膜內(nèi)形成多層量子點(diǎn),從而在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能光陽(yáng)極內(nèi)形成能帶結(jié)構(gòu)連續(xù)可調(diào)的CdSeS串聯(lián)層。對(duì)于2層或3層串聯(lián)的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池,最大的光電轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到3.2%和3.0%,遠(yuǎn)高于具有降低禁帶寬度的單層CdSeS量子點(diǎn)的1.97%～2.81%光電轉(zhuǎn)化效率。該研究工作論證了多層三元量子點(diǎn)在該電池中的協(xié)同效應(yīng)。

對(duì)于基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池,開(kāi)路電壓是需要關(guān)注的重要參數(shù)之一。幾個(gè)研究工作側(cè)重于提高該類(lèi)電池的開(kāi)路電壓[31-34]。例如,鈍化PbS量子點(diǎn)表面的缺陷后,該膠體PbS基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池在一個(gè)太陽(yáng)照射下獲得了高的開(kāi)路電壓(開(kāi)路電壓為692 mV,禁帶寬度為1.4 eV的PbS量子點(diǎn));通過(guò)使用粒徑更小的量子點(diǎn),有望達(dá)到大于1 eV的開(kāi)路電壓[19]。

量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中除了具有常規(guī)性能外,還具有一些潛在的特殊的功能,如有可能增加太陽(yáng)能電池總體效率的熱電子注入功能[9]。該過(guò)程的基本觀點(diǎn)是光生電子能夠在量子點(diǎn)內(nèi)弛豫之前從量子點(diǎn)注入到金屬氧化物中[35]。從原理上講,該過(guò)程有可能發(fā)生,并且在一些實(shí)驗(yàn)研究中已經(jīng)得到了證實(shí),但從太陽(yáng)能電池應(yīng)用的角度還有待進(jìn)一步論證。同樣地,量子點(diǎn)被認(rèn)為是單光子吸收多激子產(chǎn)生的載體[36],該過(guò)程的前提是光子能量要大于量子點(diǎn)禁帶寬度的幾倍,量子點(diǎn)才能夠在吸收一個(gè)光子之后產(chǎn)生多個(gè)激子。目前,該過(guò)程的真實(shí)性仍存在爭(zhēng)議[37],部分原因是很難從實(shí)驗(yàn)科學(xué)的角度確切地證實(shí)該過(guò)程的存在,一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果有可能被誤解或者被過(guò)度地解釋。盡管該過(guò)程在理論上存在一定的可能性,但現(xiàn)有的理論或計(jì)算手段不足以充分估計(jì)該過(guò)程的量子效率或與其他過(guò)程(如快速發(fā)生的電子或激子能級(jí)弛豫)相競(jìng)爭(zhēng)的百分比。因此,熱電子注入或多激子產(chǎn)生的可行性仍有待進(jìn)一步研究。

考慮到太陽(yáng)能電池可以被廣泛應(yīng)用,成本是太陽(yáng)能電池研究中最需要考慮的因素。很多研究工作致力于發(fā)展低成本的用于光電轉(zhuǎn)化的半導(dǎo)體量子點(diǎn)。例如,最近一類(lèi)新的基于低成本、低毒性的CuInSexS2-x量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過(guò)5%[38]。在其他材料和器件的改進(jìn)研究中,甲醇基多硫化物電解液的使用能夠戲劇性地在增加光電流的同時(shí)降低串聯(lián)電阻。盡管甲醇具有高的蒸氣壓,但該電池能夠在周?chē)h(huán)境中穩(wěn)定存在幾個(gè)月,穩(wěn)定性明顯優(yōu)于之前報(bào)道的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。該工作論述了CuInSexS2-x量子點(diǎn)作為活性材料用以實(shí)現(xiàn)低成本、穩(wěn)定且高效的太陽(yáng)能電池構(gòu)筑的可能性。

4 展望

量子點(diǎn)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。盡管量子點(diǎn)在太陽(yáng)能電池中應(yīng)用的原理已經(jīng)被人們熟識(shí)且可靠地論證,但仍需要從技術(shù)層面上解決量子點(diǎn)現(xiàn)有的低穩(wěn)定性、高成本及潛在的毒性等問(wèn)題,才能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。使用地球上豐富的、低毒元素組成的量子點(diǎn)對(duì)于量子點(diǎn)的大規(guī)模使用尤為重要。在各種需要的性能之間相權(quán)衡,折衷的途徑最終將是材料的選取。從基礎(chǔ)科學(xué)研究的角度,仍需要更好地認(rèn)識(shí)和控制位于量子點(diǎn)表面或界面的與缺陷相關(guān)的捕獲態(tài),甚至對(duì)這些捕獲態(tài)加以利用。在半導(dǎo)體量子點(diǎn)領(lǐng)域的研究,有待于進(jìn)一步地開(kāi)展更多的實(shí)驗(yàn)和理論工作。

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Quantum Dots for Solar Energy Conversion

ZHANG Jin-zhong1,SHI Jian-ying2
(1.Department of Chemistry and Biochemistry,University of California,Santa Cruz,CA 95064,USA;2.Key Laboratory of Environment and Energy Chemistry of Guangdong Higher Education Institutes,School of Chemistry and Chemical Engineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275,P.R.China)

Solar energy conversion is becoming increasingly more important given the growing demand for energy and detrimental environmental effect from the use of fossil fuels.Various new technologies have been under development for improving the effcienciy and/or to lower the cost of solar cells.One relatively new and exciting possibility is to use semiconductor quantum dots(QDs)as light absorbers for photovoltaics(PV)directly or to sensitize low cost metal oxides for solar enrgy conversion.Encouraging progress has been made in the last decade.A biref discussion of the basic principles of QD-based solar cells and highlight recent progress with severl specifc examples are provided.

quantum dots;solar cells;light to electricity conversion

O649

:A

張金中教授于1983年本科畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué),并于1989年在華盛頓大學(xué)獲得博士學(xué)位。1989～1992年在加州大學(xué)伯克利分校從事博士后研究。1992年至今,任美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分?；瘜W(xué)與生物化學(xué)系教授,美國(guó)著名雜志J.Phys.Chem.副主編。長(zhǎng)期從事激光化學(xué),納米生物化學(xué),先進(jìn)材料的設(shè)計(jì)、發(fā)展、表征和應(yīng)用等研究工作。其主要成果包括一種波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器制備、金納米顆粒集合體及其應(yīng)用、早期癌癥檢測(cè)中與生物標(biāo)志物共軛的量子點(diǎn)的發(fā)光表征、新型金納米結(jié)構(gòu)及其使用方法、利用表面增強(qiáng)拉曼散射的液芯光子晶體光纖傳感器及其應(yīng)用、量子點(diǎn)敏化和氮摻雜二氧化鈦太陽(yáng)能電池、用于癌癥治療的空心金球、摻氮并用量子點(diǎn)敏化的功能薄膜。目前已發(fā)表200多篇論文(SCI),出版3部專(zhuān)著及多部專(zhuān)章,有多個(gè)專(zhuān)利獲得授權(quán),并在多個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上受邀作主題報(bào)告。

新一屆暨第七屆上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)編輯委員會(huì)成立

1001-4543(2014)01-0001-08

2014-02-03;

2014-03-05

張金中(1962–),男,河南人,教授,博士后,主要研究方向?yàn)榧す饣瘜W(xué),納米生物化學(xué),先進(jìn)材料的設(shè)計(jì)、發(fā)展、表征和應(yīng)用等,電子郵箱zhang@ucsc.edu。

美國(guó)能源部(DE-FG02-ER46232)和自然科學(xué)基金(ECCS-0823921);中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金(No.21103235)、廣東省自然科學(xué)基金(No.S2012010010775)和廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2013J4100110)資助

簡(jiǎn)訊

2014年3月17日,上海第二工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)俞濤主持召開(kāi)了2014年學(xué)校第五次校長(zhǎng)辦公會(huì)議,為加強(qiáng)學(xué)校學(xué)報(bào)建設(shè),學(xué)校在總結(jié)以往工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)相關(guān)規(guī)定編制了《〈上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)〉編輯委員會(huì)章程》,同時(shí)調(diào)整組成了學(xué)校新一屆暨第七屆上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)編輯委員會(huì),以更好地發(fā)揮編委會(huì)對(duì)學(xué)報(bào)出版工作的指導(dǎo)、監(jiān)督和咨詢(xún)作用,提高學(xué)報(bào)質(zhì)量和影響力。會(huì)議審議并通過(guò)了“編委會(huì)章程”和新一屆編委會(huì)成員名單。