基于窄带隙量子点的薄膜光伏电池及新型光电转换机理的研究

传统光伏电池多数由窄帯隙半导体体相薄膜材料如单晶或多晶的Si （或GaAs） 片等制成，制备工艺复杂、价格较高，且一般规模生产的商业光伏电池效率也低于15%。因此，高的生产成本和较低的光电转化效率限制了光伏电池的广泛应用。量子点是一类半导体纳米材料，具有量子限域效应，由于其在光学和电学方面表现出一些独特的性质吸引了人们的广泛研究兴趣。本项目拟采用化学方法制备窄帯隙量子点如InAs 和Si 等，采用溶液加工的方法形成薄膜，再沉积上非晶硅和金属电极，制成薄膜光伏电池。利用该类量子点具有单个光子吸收产生多对电荷的特点，研究其光电性质和电荷转移过程，探索实现单个光子吸收多对电荷产生光伏电池的可能性。本研究将利用量子点制成全无机薄膜光伏电池并探讨新的光电转换物理机制，具有重要的学术价值。利用窄帯隙量子点特殊物理性质和低成本的溶液加工技术，有望获得较高效率、低成本的光伏电池。

本课题主要进行了半导体量子点在光伏电池方面的应用基础研究。光伏电池是一类可以将光能转换为电能的光电子器件。光伏电池一般由窄帯隙块状半导体材料组成，一般使用的加工方法是采用高真空技术沉积薄膜或生长晶体，来实现对光的吸收、电荷的产生及分离，最后形成光电流。由于复杂的制备过程，目前的光伏电池的发电成本相对较高。课题采用化学方法制备了胶体纳米晶体如PbS和Si等，研究了量子点的光电性质并将制成薄膜光伏电池，对薄膜光电性质和电荷转移过程进行了详细的探究。可溶液加工的半导体量子点结合硅纳米线阵列技术制备了高效率的光伏电池，实现了了电子和空穴及时分离并有效扩散到电极区域，获得了7%光电转化效率,是目前基于溶液量子点薄膜最高的光伏电池器件之一。本研究为可溶液加工半导体纳米晶体在光伏电池应用提供了很好的实验依据。.目前本项目已经出版的“SCI”收录文章15篇，其中影响因子大10的文章有2篇，影响因子（5-10之间）文章有3篇，影响因子(3-5)的文章8篇。所有文章在过去三年的被他人引用的次数是40次。申请5项中国专利。.在国际有机光伏电池会议大会报告两次，培养博士生3名，硕士生8名。