内量子效率大于100%的量子点光电转换器件关键技术研究

某些窄禁带半导体量子点材料被能量大于其禁带二倍以上的光子激发时，有较大的几率产生多激子效应（Multiple Exciton Generation，简称MEG），即一个光子产生多个激子。利用MEG现象可以使单一异质结光伏器件的最高理论效率从31%提高到66%，对研制高效率廉价的第三代太阳能电池具有重要意义。由于MEG激子复合很快（10-100皮秒），怎样在多激子复合前将其分离为自由载流子是利用MEG的关键。目前MEG现象只在超快光谱实验中被观察到，但是在量子点光伏器件中，还未实现。本项目以探索量子点中MEG效应在太阳能电池和光探测器中的可行性研究为目标，主要通过选择高迁移率的量子点表面配体材料、利用p-i-n结构强内建电场加速电荷分离、引入能量受体分离电荷等器件结构设计，结合超快光谱探测，从实验角度研究MEG效应中激子分离并载流子输出的可能性，在器件中实现大于100%的内量子效率。

多种半导体纳米晶自组装结构及其有可能应用半导体量子点的光电转换复合体系如聚合物太阳能电池、染料敏化及量子点敏化太阳能电池和聚合物/纳米晶杂化太阳能电池中的光物理过程通过超快光谱的手段进行了细致的研究。我们的研究表明，相对于CdTe纳米晶，更低带隙的量子点纳米束结构如果也有俄歇复合被抑制的现象，那可能会更适合应用多激子增殖效应。另一方面，在我们的研究中发现基于新颖的无量子限域效应限制却有自电荷分离效应的生长后的纳米晶固体有很大的潜力成为新型的纳米晶太阳能电池体系。