深圳研究生院在量子点敏化太阳能电池研究取得进展

随着世界经济的快速发展，人们对能源的需求量与日俱增，化石能源作为不可再生能源，已无法满足全球的能源消耗。因而，寻求可高效利用并且对环境友好的可再生能源是世界各国的共同目标。量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是被广泛认为具有重要应用前景的新型太阳能电池之一。但目前其光电转化效率仍不能达到商业要求，因此如何进一步提高其光电转换效率成为当前QDSSCs研究的重要课题。近年来研究发现，界面缓冲层修饰对提高QDSSCs光电转化效率起着关键作用。由于QDSSCs吸光后，电子和空穴的分离发生不仅发生在量子点自身，还发生在缓冲层与光阳极的界面。所以QDSSCs的性能表现不仅依赖于量子点自身的电子能级结构，同时还依赖于缓冲层和光阳极界面的电子能级结构。所以对缓冲层与光阳极界面性质的深入研究和微观认识非常重要。


最近北大新材料学院的潘锋教授团队与中国科学院化学研究所林原教授团队合作，通过第一性原理和实验发现，TiO2/CdS/CdSe QDSSCs的光电转化性能可以通过液相原子层技术调控CdS缓冲层的原子层数来实现，最高效率能达到6%，接近该体系目前最高水平(6.01%)。他们发现随着CdS层数的增加，一方面CdS的带隙减小，CdS的导带底向下移动；另一方面，TiO2/CdS界面偶极作用增强，更多电子注入TiO2，导致TiO2的导带底向上移动，从而导致界面处各自的能级发生重排。因此，QDSSCs的开路电压和短路电流可以通过调控缓冲层的层数实现。这些发现将为以后如何优化缓冲层的界面性质来提高QDSSCs的表现性能提供重要的线索和指导。该工作近期发表在国际著名期刊Chemical Communications发表（DOI: 10.1039/C6CC01664B），北大新材料学院的张丙凯、郑家新以及中科院化学所李晓宁博士是文章的共同第一作者。潘锋教授和林原教授是共同通讯作者。