近日，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)電池（QDSC）器件研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，在《先進(jìn)材料》上發(fā)表了題為“Co-sensitized Quantum Dot Solar Cells with Conversion Efficiency over 12%”的文章（Adv. Mater. 2018，DOI: 10.1002/adma.201705746），碩士研究生王偉為第一作者。該研究工作在李艷副教授的指導(dǎo)下完成，同時(shí)得到了鐘新華教授的鼎力支持。
高性價(jià)比太陽(yáng)電池是緩解能源危機(jī)的有效途徑之一。QDSC是一類以半導(dǎo)體納米晶作為光捕獲材料的敏化構(gòu)型太陽(yáng)電池。近年來(lái)QDSC發(fā)展迅速，其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從2012年的5%提高至目前的12%。盡管所取得的效率可以與傳統(tǒng)染料敏化太陽(yáng)電池相媲美，但仍遜色于后起之秀鈣鈦礦電池，更遠(yuǎn)低于其自身44%的理論轉(zhuǎn)換效率。進(jìn)一步提高太陽(yáng)光利用效率是制備高光電轉(zhuǎn)換效率QDSC的根本途徑，同時(shí)也是該類電池發(fā)展所面臨的技術(shù)瓶頸。
為了解決這一難題，研究首次將具有光電特性優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的不同種類預(yù)合成量子點(diǎn)敏化劑，通過(guò)表面配體誘導(dǎo)自組裝負(fù)載在TiO2多孔膜內(nèi)制備出多組分量子點(diǎn)共敏化光陽(yáng)極并組裝QDSC?；?/span>Zn-Cu-In-Se量子點(diǎn)的寬光譜吸收（~1100 nm）和CdSe在可見(jiàn)光區(qū)的高摩爾消光系數(shù)（>105 cm-1）等特性制備的共敏化QDSC不僅提高了對(duì)太陽(yáng)光子的吸收效率，而且實(shí)現(xiàn)了光生電子的有效分離。結(jié)合負(fù)載介孔碳的鈦網(wǎng)對(duì)電極和聚硫電解液，所組裝的三明治結(jié)構(gòu)QDSC最終達(dá)到12.75%的光電轉(zhuǎn)換效率，刷新了同類電池光電轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。利用不同量子點(diǎn)間的協(xié)同效應(yīng)來(lái)提高對(duì)太陽(yáng)光的轉(zhuǎn)換利用，為制備高效量子點(diǎn)電池提供了新思路。
研究小組近年來(lái)致力于QDSC的相關(guān)研究。在光陽(yáng)極方面，通過(guò)離子交換法合成制備PbS/CdS核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，顯著降低了PbS表面缺陷態(tài)密度，將基于PbS量子點(diǎn)液接QDSC的光電轉(zhuǎn)換效率從5.7%提高到7.19%（J. Mater. Chem. A 2016, 4, 7214）；在對(duì)電極方面，通過(guò)碳化含Zn/Co雙金屬的沸石咪唑骨架結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架材料制備Co/N共摻雜多孔碳。該類碳材料的應(yīng)用保證了聚硫電解液在所制備對(duì)電極中的有效擴(kuò)散及電荷在界面間的高效傳遞，因而在相應(yīng)的還原過(guò)程中表現(xiàn)出良好的催化活性（J. Mater. Chem. A 2018, DOI:10.1039/C7TA09976B）；為解決液接QDSC難封裝和易泄漏等問(wèn)題，采用具有高吸水性和強(qiáng)縮水性的聚電解質(zhì)將聚硫電解液凝膠化，構(gòu)筑準(zhǔn)固態(tài)QDSC，在不降低電池光電轉(zhuǎn)換效率的前提下提高了穩(wěn)定性。（J. Mater. Chem. A 2016, 4, 1461；J. Mater. Chem. A 2016, 4, 14894；J. Mater. Chem. A 2015, 3, 17097；Res. Chem. Intermed. 2018, DOI 10.1007/s11164-017-3159-1）。