我校又将“量子点敏化太阳电池”转换效率纪录推上新台阶
我校化学学院钟新华教授课题组在量子点敏化太阳电池（QDSC）的研究又取得重大突破，将该类电池光电转换效率记录提升到经第三方认证的8.21%，较先前由该课题组创造的6.82%纪录提高了20%。相关研究成果“Boosting Power Conversion Efficiencies of Quantum Dot Sensitized Solar Cells Beyond 8% by Recombination Control”在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上发表 ( http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b01946 )。
该工作主要由博士研究生赵珂及潘振晓、王靳等同学完成。在化学学院龚学庆教授、西班牙Jaume I大学Bisquert教授、德国马普学会高分子研究所Mischa Bonn 教授等课题组共同协作下完成，并得到了化学学院王艳芹教授课题组无私的援助。该研究成果也是龙亿涛教授领衔的基金委创新群体“面向能源的光电转换材料”项目又一新成果。
高效率、低成本太阳电池是解决化石能源枯竭、气候变暖等社会问题的有效途径。量子点敏化太阳电池（QDSC）采用具有独特优异光电性能的半导体纳米晶（又称量子点，QD）作为敏化吸光材料，被认为是最有潜力的低成本第三代太阳电池，具有重要的商业开发潜力和理论研究价值。遗憾的是受制于严重的电荷复合，先前QDSCs转换效率记录一直处在6-7%的水平。因此，抑制电荷复合成为提高电池效率的必由之路。通过密度泛函理论计算，研究人员发现随着分别沉积ZnS，及ZnS/SiO2后，电子态密度在TiO2板层结构的最外原子层占比分别降低1-2个数量级。电子态密度的降低对应着发生在光阳极TiO2界面电荷复合的抑制。亚皮秒分辨太赫兹谱证实了上述理论计算预测的结果，同时阻抗谱测试也清楚表明ZnS、SiO2宽能带材料的包覆可以大幅提高复合阻抗值及电子扩散距离从而有效抑制复合。光电测试结果表明，在量子点敏化的TiO2光阳极膜上顺序沉积ZnS、SiO2后可以将CdSeTe QDSC的开路电压显著提高，相应的电池平均效率从2.53%提高到8.37%，而现在官方认证效率为8.21%。
钟新华教授课题组近年来致力于QDSC的研究，将1个模拟太阳光下QDSC光电转换效率从徘徊多年的4-5%逐步提高到经认证的8.2%新纪录，使得QDSC预期的“高效率、低成本”的优势逐步得以展现，为QDSC的发展注入了活力。该课题组创造并保持着QDSC光电转换效率的纪录，处于世界领先水平，相关研究成果获得了该领域同行的广泛认可和好评。2012年以来，钟新华课题在QDSC领域发表3篇J. Am. Chem. Soc.; 4篇ACS Nano及5篇J. Mater. Chem.，并受邀在J. Phys. Chem. Lett撰写Perspective论文，综述其在QDSC领域的成果。上述论文中2篇入选ESI “Hot Paper”，5篇入选ESI “Highly Cited Papers”。