网易网记者陈莼报道

新型量子点光伏技术突破，转换效率创世界纪录|

美国国家可再生能源实验室联合麻省理工学院研究团队，成功研发出转换效率达18.1%的量子点太阳能电池，刷新该领域能效纪录。这项突破性进展通过新型表面钝化技术和能带工程优化，显著提升载流子收集效率，为下一代薄膜光伏技术商业化铺平道路。

量子点光伏核心原理深度解析

量子点太阳能电池作为第三代光伏技术的代表，其核心优势在于尺寸可调的带隙特性。研究人员采用直径4.2纳米的硫化铅量子点，通过配体交换技术形成紧密堆积的活性层。这种纳米级半导体晶体具备多重激子产生效应，单个光子可激发多个电子-空穴对，从根本上突破传统光伏材料的肖克利-奎伊瑟效率极限。实验数据显示，新型器件的短路电流密度达到32mA/cm²，较前代产品提升40%，这主要得益于量子点表面硫醇-碘化物的双重钝化处理，将表面缺陷密度降至10¹⁵ cm⁻³以下。

能效突破的三大技术创新

梯度能带结构设计

研究团队创新性地构建了渐变式异质结结构，在电子传输层（ETL）与量子点活性层之间插入2.3nm厚的氧化锌过渡层。这种能带梯度设计使电子迁移率提升至25cm²/(V·s)，同时将界面复合速率降低2个数量级。通过开尔文探针力显微镜观测，界面处形成了0.35eV的有利能带弯曲，显著增强载流子分离效率。

双钝化协同作用机制

采用甲基铵碘化铅（MAI）和十二烷硫醇（DDT）的协同钝化方案，MAI中的有机阳离子有效填充量子点表面铅空位，DDT长链烷基则形成致密疏水保护层。X射线光电子能谱分析表明，这种双钝化策略使表面悬空键减少87%，器件在AM1.5G标准光照下连续工作500小时后仍保持初始效率的95%。

光子晶体背反射增强

在器件底部集成二氧化钛/二氧化硅光子晶体结构，其光子带隙精确匹配量子点吸收光谱。有限元仿真显示，这种设计使650-950nm波段的光吸收率提升至92%，较传统金属背电极结构提高31%。特别在近红外区域，光子局域化效应使载流子生成率增加2.7倍。

产业化前景与技术挑战

该技术采用溶液法制备工艺，与卷对卷生产兼容性强，单位面积制造成本可控制在0.35美元/W以下。目前研究团队已成功制备出15×15cm²的组件原型，在85%湿度环境中展现优异稳定性。但大规模应用仍需解决铅元素的环境风险问题，研究人员正尝试用锗量子点替代，初步实验已实现14.2%的转换效率。据国际可再生能源机构预测，量子点光伏技术将在2028年前实现规模化应用，届时光伏组件效率有望突破25%理论极限。

这项量子点太阳能电池技术的突破标志着光伏产业进入纳米技术驱动的新纪元。从实验室18.1%的转换效率到未来规模化生产的成本优势，量子点光伏正在重塑可再生能源技术版图。随着表面工程和器件结构的持续优化，兼具高效率、低成本、柔性特征的新一代太阳能电池即将开启绿色能源革命的新篇章。-

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