http://www.physorg.com/news/2011-05-quantum-dots-built-in-boost-solar.html
By Lisa Zyga, May 13, 2011
(PhysOrg.com) -- 過去數年來，研究者已利用量子點來增加太陽能電池的光吸收與整體效率。現在，研究者向前跨出了一步，證明具有一個內置（built-in）電荷的量子點能大幅增加砷化銦╱砷化鎵量子點太陽能電池的效率達 50％ 或以上。
這些研究者，Kimberly Sablon 以及 John W. Little（美國陸軍研究實驗室，ARL），Vladimir Mitin、Andrei Sergeev 以及 Nizami Vagidov（Buffalo 大學）還有 Kitt Reinhardt（維州 Arlington，AFOSR/NE），將他們的成果發表在最近一期 Nano Letters 上。
在他們的研究中，研究者具有砷化銦╱砷化鎵量子點的異晶結構（heterostructure）太陽能電池。身為光伏材料，這些量子點允許紅外線輻射的收成，以便將之轉換成電能。然而，量子點也強化了光載子（photocarriers）的重組（recombination）且減少光電流（photocurrent）。所以，由於量子點的緣故，迄今對於光伏效率的改善，僅受限在數個百分比。
在此，研究者提出利用選擇性的間點摻雜（interdot doping）為量子點充電。在他們的實驗中，研究者比較每個量子點有 2、3 與 6 個額外電子的的摻雜程度（doping levels），那導致太陽能電池的效率相較於未摻雜者分別增加了 4.5％ 、30％ 與 50％。對於 6 電子摻雜而言，這將光伏電池的整體效率從 9.3％（未摻雜的太陽能電池）增加到 14％。
研究者們將光伏電池效率的激烈改善歸於二種基本效應。首先，內置點電荷誘發各種電子的遷移並強化紅外線輻射的收成。其次，內置點電荷在量子點周遭創造出勢能障礙（potential barriers），而這些障礙抑制電子的捕捉過程且不允許它們再回到量子點。勢能障礙效應先前已為研究者所用，藉此改善紅外線偵測器的靈敏度。
此外，研究者預測，更進一步增加摻雜程度將導致甚至更加強大的效率強化，因為這邊並沒有飽和的證據。在未來，研究者們計畫更進一步研究這些效應如何在高摻雜程度影響彼此。他們預測，更進一步增加摻雜程度與輻射強度將導致更強的效率加強，因為這裡並沒有飽和的證據。
"在這項研究中所發展出來的方法學與原理適用於一些具有量子點以及奈米結晶體的光伏裝置，例如聚合物塑膠太陽能電池，" Dr. Sergeev 表示。"由於在結構上以量子點及奈米結晶體對電子--電洞動力學最佳化，有效率的的紅外線輻射收成與轉換將導致太陽能量轉換領域的潛在性突破。"
※ 相關報導：
＊ Strong Enhancement of Solar Cell Efficiency Due to Quantum Dots with Built-In Charge
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl200543v
Kimberly A. Sablon, John W. Little, Vladimir Mitin,＊ 大小是個問題：量子點使太陽能板更有效率
Andrei Sergeev, Nizami Vagidov, and Kitt Reinhardt
Nano Lett., May 5, 2011
doi: 10.1021/nl200543v
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