鉅大LARGE | 點擊量：584次 | 2021年09月13日
量子點可應提高混合型太陽能電池效率
有時候，要解決大問題，你要從小的地方開始，而且是非常小的地方。太平洋西北國家實驗室（PacificNorthwestNationalLaboratory）化學成像部的科學家們所做的正是這樣，他們分析了硒化鎘（CdSe：cadmiumselenide）量子點。量子點是納米尺度的粒子，具有不同于大尺度材料的光學和電子特性。研究小組發(fā)現(xiàn)，尺度和環(huán)境會意外地改變量子點的結構?？梢岳斫?，有化學反應存在于這些微小的變換中，這可用于混合型太陽能電池，提高電子遷移率，最終可以提高它們的整體效率，這就可以促進國家的能源需求。
量子點是納米尺度的粒子，具有不同于大尺度材料的光學和電子特性。尺度和環(huán)境會意外地改變量子點的結構。來源：太平洋西北國家實驗室
大多數(shù)量子點研究，都是集中改善電荷傳輸和收集，提高太陽能電池的效率，但是，很少關注下面的化學機制。這項研究首次考察了周圍環(huán)境和尺度，考察它們?nèi)绾芜M行化學誘導，改變半導體量子點結構。最后，闡明了硒化鎘量子點的化學和電子結構相互用途，因此，就可以揭示一些機制，改進混合太陽能電池技術。
因為混合型太陽能電池具有巨大的商用潛力，所以，大多數(shù)人都開始考察它的整體電池效率，但是，忽視了從根本上理解化學和電子結構的相互用途。阿賈伊卡拉考提（AjayKarakoti）博士說，他是太平洋西北國家實驗室的科學家，也是這項研究的領導，我們試圖了解基本的相互用途。我們要確保，不改變化學和結構的完整性。在這種情況下，它確實是這樣，這是意想不到的。
了解這些微小的變換所涉及的化學反應，可用于混合型太陽能電池，提高電子遷移率，最終可以提高它們的整體效率，這就可以促進國家的能源需求。
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環(huán)境分子科學實驗室（EMSL：EnvironmentalMolecularSciencesLaboratory）的各種成像、光譜儀和衍射儀，都用于進行這項工作。這些儀器包括微X射線衍射儀，X射線光電子能譜儀，紫外-可見光吸收和發(fā)射光譜儀?？ɡ继岷秃现啐嬇_米納其穆圖（PonnusamyNachimuthu）博士很快就解釋說，環(huán)境分子科學實驗室用戶設施，可簡化應用各種儀器和人員技能系列，這都是他們的研究所必須的。結合光譜儀和成像技術，就可以供應化學特點徑跡，以及這些因素的空間分布。
他們最初進行研究，使用的是硒化鎘量子點，用于它們的原生環(huán)境，然后澆鑄在硅片上，這只是一小步，還要進行更詳細的考察，考察量子點融入聚合物基質(zhì)中的情況。根據(jù)這項研究，這個小組擴展了研究重點，確定硒化鎘量子點中缺陷態(tài)的來源，縮小尺度和用途，用于相變，電子結構以及能帶排列（bandalignments）。
他們的論文《探測尺度和環(huán)境誘發(fā)相變的硒化鎘量子點》（ProbingtheSize-andEnvironment-InducedPhaseTransformationinCdSeQuantumDots），發(fā)表在2011年十一月三日的《物理化學快報雜志》（JournalofPhysicalChemistryLetters）雜志上。
硒化鎘量子點尺寸與每立方硒化鎘的重量比，包括在甲苯中和澆鑄在硅上時的情況。來源：太平洋西北國家實驗室
硒化鎘量子點的結構和電子性質(zhì)的研究，采用原位微X射線衍射，X射線光電子能譜，紫外-可見光吸收和發(fā)射光譜。原位微衍射數(shù)據(jù)表明，硒化鎘量子點配位，是采用三辛基氧化（TOPO：trioctylphosphineoxide）或十六烷基（HADA：hexadecylamine），在甲苯（toluene）中的呈現(xiàn)重要是纖鋅礦（wurtzite）晶體結構，經(jīng)過相變，成為閃鋅礦（zincblende）晶體結構，之后澆鑄在硅上。而且，減少硒化鎘量子點的尺寸，會促進相變。X射線光電子能譜顯示，系統(tǒng)地新增核心層結合能，結合三維鎘和三維硒以及帶隙，要縮小硒化鎘量子點的尺寸，會表現(xiàn)出量子限制。此外，鎘/硒的比例會新增，因為量子點的尺寸會從6.6納米降低到2.1納米，這就會新增硒的空位，從而引起相變。把硒化鎘量子點澆鑄在硅上，會改變配位基（cappingligands）的排列，這會顯著促進更多的相變。
