伯克利实验室/伊利诺伊大学制备出了有史以来最高发光集中系数特性的太阳能电池

近日，伯克利实验室和伊利诺伊大学的研究人员成功地制备出集成光子量子点光发射器，该光发射器与光子镜匹配，可以制备出比现有传统太阳能电池吸收蓝色光子浓度高30倍的的新型太阳能电池。这是首次制备出最高发光集中系数特性的太阳能电池。

太阳能在地球上一小时的能量可以满足地球上人们整整一年的需要，而这种太阳能属于终极的、干净的、绿色的可持续能源。

这项研究可以使制备廉价的太阳能电池成为可能，使未来的人们能够有效地使用太阳能光谱的高能部分。

伯克利实验室主任Paul Alivisatos是这一研究的领头人之一。他同时也是加州大学伯克利分校纳米科学和纳米技术的三星特聘教授和Kavli能源纳米科学研究所主任的。他说：“我们制备出的太阳能电池的太阳能利用率为82%，是现有的太阳能电池吸收蓝色光子效率的30倍。据我们所知，这是迄今为止具有最高的发光集中系数的太阳能电池。”

该研究的作者在ACS光子学上发表了一篇题为“可以吸收30倍浓度的量子点发光集中器”论文。作者名叫Alivisatos和Ralph Nuzzo ，都来自伊利诺伊大学。该论文还有三位主要作者， Yuan Yao 和 Lu Xu，他们来自诺亚布罗斯特的Alivisatos研究小组。该研究的其他合作者还包括来自亚历山大电力和维维安渡船的Erin O ' brien，。

据美国能源部(DOE)报道，美国太阳能行业的光伏安装生产在2008年是1.2兆瓦，到今年已经增长到20兆瓦。然而，化石燃料仍占据美国70%的电力能源消耗比例。

为了实现太阳能的应用，我们需要制备出廉价的光伏太阳能电池板来代替现有的太阳能电池。发光的太阳能集中器(LSCs)似乎是一个有效的解决方案。传统的太阳能电池的工作原理是直接吸收阳光，并把它转化成电能。然而LSCs的工作原理不同，将阳光吸收到内置高效发光器（lumophores）中。利用发光器发射波长较长的吸收光，这一过程称为斯托克斯位移。重新发射的光通过微型太阳能电池单元可以转换成电能。LSC上太阳能电池是非常集中的板块，数量很大。

由于光子的浓度是足够的，从一个廉价的发光波导器中收集光只需要一个昂贵的III−V光伏材料，这是非常有限的。但是由于各种光损失，例如波导内光的缺陷，发光器中不均匀的量子区域和量子传播光子的再吸收和散射等原因，染料分子的收集效率和集中系数对于制备发光器来说仍然不够。

Bronstein说：“我们替换了以前的LSC系统中由硒化镉核心和硫化锌外壳组成的核/壳纳米粒子，增加了系统的斯托克斯位移，同时降低了光子的再吸收性。”

“CdSe / CdS纳米粒子降低了吸收光的发射能量和体积，从而使我们平衡吸收和散射的关系，以获得最佳纳米颗粒。我们使用的光子镜与量子点窄带宽发光器匹配，实现了波导内的全内反射效率的超越。”

在ACS光子学发表的论文中，研究人员表示，LSC设备在未来能够实现更高浓度的光利用效率，这需要调整波导的几何形状、发光量子率和光子镜设计。

伯克利实验室、伊利诺伊大学加州理工学院和国家可再生能源实验室(NREL)在这项新型太阳能集中器项目中成功地开发出CdSe / CdS纳米粒子基LSC系统。

在最近的拉斯维加斯清洁能源峰会上，奥巴马总统和能源部长 Ernest Moniz 宣布这项研究将获得300万美元的资助，用于开发综合光学串联LCS系统，以实现微尺度上集成优化的太阳能电池的制备，这是能源部 ARPA-E的最新研究项目。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼      校正：摩天轮