具備便宜與無毒環保優勢,新型量子點太陽能發展潛力受看好

作者 | 發布日期 2020 年 05 月 22 日 14:16 | 分類 太陽能 , 能源科技 follow us in feedly


太陽能技術千百種,除了常見的矽晶太陽能電池,還有薄膜、鈣鈦礦、有機太陽能等技術,最近美國科學家就在「量子點(quantum dots)」太陽能技術有所突破,維持轉換效率的同時,也改善過去採用有毒物質的缺點。

那麼量子點太陽能是什麼呢?量子點是種奈米大小的半導體材料,直徑只有 2-10nm,多由鉛和鎘等元素製成,而依據不同的材料、形狀、尺寸、結構,吸收陽光後會發射出不同的光,也就是說科學家可藉由調整材料尺寸,來改變光、電、磁性質與材料能隙,直徑愈大能隙就愈小、發光頻率偏藍,反之直徑愈短能隙愈大,發光頻率偏紅。

(Source:LANL

因此量子點技術應用廣泛,催化、電子、光子學、感測、資訊儲存、醫療與圖像等領域都可見到,最近更有廠商推出量子點電視與顯示器,只是傳統的量子點材料多由有毒物質製成,擴大應用總會產生些許環境疑慮,對此美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)決定改變配方,採用銅、銦和硒,最後再鍍上鋅,最後再把量子點放入多孔二氧化鈦電極中。

當二氧化鈦照到陽光,其中的量子點吸收光子後,就會再釋放電子到二氧化鈦中,進而產生光電流(photocurrent)。半導體奈米晶體物理學家 Victor Klimov 表示,由於我們把四種元素結合到一顆奈米大小的粒子中,就很容易出現缺陷、有損效率,但團隊發現這些缺陷並不影響性能,反而有助提高效率,觀察到若吸收 100 個光子,光生電子可達 85 個,這也代表著光子至電子(photon-to-electron)轉換效率為 85%。

但實際上太陽能轉換效率沒那麼高,根據發表在《Nature Energy》的研究,太陽能轉換效率僅 9%-10%,無法跟前幾個月澳洲昆士蘭大學(University of Queensland)創下的 16.6% 紀錄相比、也沒有到過去最高的 13%,不過團隊認為,這是個完全無毒的量子點太陽能電池,轉換料率也還在均值範圍內,製造成本也相對便宜,也確實顯現出具備新型無毒、便宜、耐缺陷的太陽能電池潛力。

(首圖來源:shutterstock)

延伸閱讀: