半导体

近年来，随着纳米技术的飞速发展，量子点作为一种新兴的纳米材料，因其具有优良、独特的光电性质在诸多领域都发挥着重大的作用。下面我来介绍一下量子点的太阳能电池方面。

3页:量子点是指尺寸在几十纳米范围内的纳米晶粒, 电子被约束在三维势阱中, 其运动在各个方向都是量子化的。因而形成类似于原子内的分裂能级结构.。左图是量子点的显微镜照片；右图是量子点银增强前后的电镜图

4页:量子点太阳能电池是第三代太阳能电池，也是目前最尖端、最新的太阳能电池之一，这种电池在使用半导体材料的普通太阳能电池之中，引入了纳米技术与量子力学理论，尽管目前尚没有制作出这种超高转换效率的实用化太阳能电池，但是大量的理论计算和实验研究已经证实，量子点太阳能电池将会在未来的太阳能转换中显示出巨大的发展前景。

5页 量子点太阳能电池的种类

第一种是中间带太阳能电池 作用机理：中间带材料是在传统半导体材料的价带和导带之间存在一个中间带。由于中间带的形成，电子会从价带跃迁到中间带，以及从中间带跃迁到导带，使低于带隙能量的光子也能够对电池的光电流产生贡献。 中间带可通过尺寸为纳米量级的半导体量子点镶嵌在三维的宽带隙半导体材料中来实现—量子点为势阱，宽带隙半导体为势垒。通过调制阱宽可实现不同的量子限制效应；改变能级分裂的距离，可以形成不同的带隙宽度

中间带太阳能电池能够捕获和吸收低于带隙能量的光子，使太阳能电池可以在没有电压降低的情况下提高光电流，因此它是目前第三代太阳能电池研究中最为活跃的领域之一。

6页 量子点多激子太阳能电池 一个高能量的光子照射在光伏材料上可以产生数个低能量的激子，这些激子分离后便能产生光电流。这种发生在量子侷限系统，如量子点中的效应，称为多重激子产生。在一般的半导体太阳能电池中由碰撞电离引起的多个电子空穴对的形成对于提高量子产能并没有多重要的贡献，这主要是因为只有在光子的能量达到光谱的紫外区才会有可观的碰撞电离效应，而大多数半导体无法满足要求，原因有两个，一个是晶体的动量守恒，另外是碰撞电离的比率必须和由电子-声子散射引起的能量弛豫的比率接近。 在量子点体系中三维限制效应会形成分裂的量子化能级，能有效地减慢电声子的相互作用。而且对于三维限制载流子，由于动能不再是一个好量子数，因此跃迁过程也不必满足动量守恒，这样碰撞电离效应可得到增强，热电子可产生多个空穴对，称为多电子产生

7页 量子点敏化太阳能电池，是以染料敏化太阳能电池为基础构造的，两者的工作原理相似，只是前者选择窄带隙半导体量子点替代有机染料分子作为光敏剂连接到宽带隙半导体如TiO2、ZnO和SnO2等阳极材料上使其达到敏化效果。量子点敏化太阳能电池包括导电玻璃、光阳极、光敏剂、电解质和对电极5个部分。其中光阳极即是量子点附着和光生电子注入的载体，一般是具有长电子扩散长度的宽禁带半导体制成的多孔电极。目前，光阳极材料的研究主要集中在TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5和In2O3等二元半导体氧化物上。对光阳极的形貌和成分调控是提高量子点敏化太阳能电池效率的一种途径，也是研究的热点和重点

8页 第一能够有效降低成本的太阳能电池 量子点具有许多特性，如具有巨电导，可变化的带隙，可变化的光谱吸收性等，这些特性使得量子点太阳能电池可大大提高光电转化率，与目前最流行的多晶硅太阳能电池相比，生产能耗可减少20%，光电效率可增加50%至1倍以上，并降低昂贵的材料费用。

9页 第二能够制作柔性太阳能电池板 第三具有较高的光电转换效率，一般太阳电池其光电转换效率理论上最多仅为30% ，而量子点太阳电池在理论上可以实现60% 以上的高转换效率。一般太阳电池根据材质不同，可吸收的光波也不一样 ，特别是很难吸收红外线等长波而量子点太阳电池即便是相同材质，只要改变量子点的大小，可吸收光波的波长也会相应的改变：尺寸小的量子点可以吸收高能量范围的太阳光，尺寸大的量子点可以吸收低能量范围的太阳光，而且生长量子点的精确度越高，其吸收光波的控制能力以及转换效率也就越高 。

10页: 量子点太阳能电池有着良好的应用前景，其中量子点敏化太阳能电池距离商业化应用最为接近，但真正意义上的量子点太阳能电池—基于多激子产生效应设计和制作的太阳能电池，还有待深入研究。同其它许多具有应用前景的项目一样，量子点太阳能电池研究领域还有很多工作要做，首先是光电转换机制的研究，然后是材料的制备，还有器件的组装以及成本问题。相信在众多科研人员的努力下，量子点太阳能电池会尽快为解决人类的环境与能源问题作出贡献。