量子点敏化太阳能电池研究进展

半导体量子点(Quantum Dot,简称QD)因其具有多种优异的光电性能而在太阳能转换方面得到了广泛地应用。量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot Sensitized Solar Cell,简称QDSC),因其工艺简单、制造成本低和理论光电转换效率高,被认为是极具发展潜力的新一代太阳能电池。本文介绍了QDSC的基本结构和工作原理、QDSC的转换效率及影响因素、QDSC的研究进展等。另外,我们还对量子点敏化太阳能电池的发展进行了展望。     

量子点敏化太阳能电池光阳极的研究进展

介绍量子点敏化太阳能电池的发展现状及趋势,针对光阳极改性来提高量子点敏化太阳能电池转化效率的方法,从半导体薄膜、量子点共敏化、量子点掺杂3个方面综合分析光阳极的研究进展和相关技术。根据制约电池效率的主要因素,提出量子点敏化太阳能电池的未来发展趋势,包括继续优化光阳极半导体薄膜的组成及结构、探索新型的宽光谱响应量子点以及发展高效的界面修饰技术等。     

量子点的应用及研究进展

基于量子点具有激发光谱宽、发射光谱窄、荧光量子产率高和寿命长等特殊的性质,被认为是一种比荧光染料分子更理想的生物探针。详细介绍了国内外的几种量子点制备方法及其表面修饰,另外综述了量子点在生物学的应用。     

CuInS2量子点的制备及其敏化太阳能电池研究进展

综述了近年来国内外CuInS2量子点的合成方法以及CuInS2敏化太阳能电池的研究进展。采用绿色环保的溶剂油相合成CuInS2量子点是目前常用的制备方法,合成的量子点尺寸可调、尺度均匀。利用量子点溶液"非原位"和前驱体溶液"原位"法非真空条件制备CuInS2敏化光阳极,通过改善量子点与氧化物半导体界面的特性实现电池性能的改善。最后,结合现有问题提出了CuInS2敏化太阳能电池今后的研究方向。     

量子点敏化太阳能电池对电极材料的研究进展

量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot-Sensitized Solar cells, QDSCs)制备工艺简单, 制造成本低廉, 是一种有希望的新型太阳能电池。QDSCs利用量子点具有光谱吸收强、尺寸可调和多激子效应等优点, 能够提高其光电转换效率; 同时, 利用无机量子点替代染料作为敏化剂, 能够解决染料敏化太阳能电池(DSCs)的稳定性问题。但是, QDSCs光电转换效率较低是制约其应用的主要问题。近年来, 通过改变和调控对电极的材料和电子特性提高QDSCs的光电效率的方法受到了广泛关注。本文综述了QDSCs对电极材料的制备方法、微观形貌和晶体结构; 重点分析了金属化合物、复合材料、杂化材料、多元金属硫族化合物、导电聚合物和碳材料对电极对量子点敏化太阳能电池的电荷转移阻抗、光电性能等参数的影响; 并分析影响其电催化活性和电子传输性能的主要因素。最后, 提出通过表面修饰、复合和杂化等方法构筑新型对电极材料, 进而改善和提高QDSCs转换效率和稳定性, 是今后的研究重点和研究方向。     

CuInS2量子点敏化太阳能电池材料的研究进展

CuInS_2量子点因低毒、良好的光电性能和热电稳定性而成为量子点敏化太阳能电池(QDSSC)极具前景的量子点敏化剂。首先简单介绍了CuInS_2量子点材料的光电性质和QDSSC中CuInS_2量子点的合成,然后重点总结了CuInS_2量子点敏化电极的制备及各电池材料对QDSSC性能的影响,最后指出了该电池目前存在的问题以及对未来的展望。     

PbS量子点/ZnO纳米片复合膜的制备及其光电化学性能

通过两步法合成PbS量子点(QDs)修饰ZnO纳米片复合膜. 首先利用电化学法在掺氟的SnO₂导电玻璃(FTO)上生长ZnO纳米片, 然后在ZnO纳米片上通过逐次化学浴法沉积PbS量子点形成PbS/ZnO复合膜. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)详细表征了样品的表面形貌和晶体结构, 并研究了PbS/ZnO复合膜作为量子点敏化太阳能电池光阳极的紫外-可见吸收谱、光电化学性能和表面光电压谱. 对比ZnO纳米片经PbS量子点修饰前后, 发现PbS量子点修饰后光阳极的光吸收和光伏响应均从紫外区拓宽到了可见光区, 同时光电化学性能有了显著提高, 短路电流密度从敏化前的0.1 mA/cm²增加到0.7 mA/cm², 效率由0.04%增加到0.57%. 与单一ZnO纳米片相比, PbS/ZnO复合膜的表面光伏响应强度明显增强, 说明PbS与ZnO之间形成了有利于光生电荷分离的异质结, 从而导致了PbS/ZnO复合膜光电性能的增加.     

量子点在细胞以及体内生物中成像的研究进展

量子点是一种荧光半导体纳米材料,与生物分子结合成一种高亮度而稳定的荧光探针应用于生物成像。通过生物成像可观察量子点标记分子与其靶标的相互作用,实时观测其在活细胞及活体中的运行轨迹,实现对细胞水平及在活体层次的研究。利用这种生物成像技术还可以研究疾病的发生发展过程。介绍了量子点的光学特性,重点综述了量子点在细胞、体内生物成像中的应用,并展望了其发展前景。     

CdS量子点敏化TiO_2电极用于太阳能电池研究

采用光催化沉积的方法在TiO_2薄膜上沉积CdS量子点,TEM研究表明CdS量子点大小均一,直径为20nm左右。对CdS量子点制备过程进行了分析,发现生长原理为"原子原位生长过程"(Cd+S=CdS)。紫外-可见光测试结果表明CdS/TiO_2相对于TiO_2薄膜可以极大增强可见光的吸收率;将CdS/TiO_2组装成太阳能电池,电极表现出良好的光电性能,可以在太阳能电池等方面有很好的利用前景。     

硒化镉量子点的改性及作为生物荧光探针应用研究进展

硒化镉量子点在生物医学等领域有广阔的应用前景,但因其荧光强度低、生物不相容、荧光量子产率低等缺陷而在实际应用上受限。对硒化镉量子点进行有机改性能够达到改善上述缺陷,从而可以拓展其应用范围,例如太阳能电池和活体成像等。基于对硒化镉量子点进行有机改性的优势,综述了近几年来在硒化镉量子点改性的研究进展,包括有机分子改性、核-壳结构改性和低聚物改性。同时,还综述了硒化镉量子点在生物荧光探针领域的最新研究进展,并对未来的发展方向及应用前景作出了展望。     

木质素碳量子点在防伪包装中的应用研究

目的 探索木质素碳量子点(CQDs)荧光油墨及其书写式标签、CQDs/聚乙烯醇(PVA)复合荧光薄膜在防伪包装中的应用潜力。方法 以木质素为碳源,采用一锅水热法得到未掺杂碳量子点O-CQDs和硫掺杂碳量子点S-CQDs,并以此为荧光填料,以乙醇、乙二醇和丙三醇的混合液为溶剂,制备荧光油墨及其书写式荧光标签和CQDs/PVA复合荧光薄膜,探索其荧光防伪性能。结果 硫掺杂木质素碳量子点油墨MS-CQDs及其书写标签、PVA复合薄膜在可见光下均无色,在365 nm紫外光照下则呈现强烈的淡蓝色荧光。结论 MS-CQDs书写式称量纸荧光标签及其与PVA的复合薄膜均具有良好的荧光性能,在荧光防伪领域具有良好的应用潜力。     

Infrared Colloidal Quantum Dots for Photovoltaics: Fundamentals and Recent Progress

Colloidal quantum dots (CQDs) are solution‐processed semiconductors of interest in low‐cost photovoltaics. Tuning of the bandgap of CQD films via the quantum size effect enables customization of solar cells’ absorption profile to match the sun's broad visible‐ and infrared‐containing spectrum reaching the earth. Here we review recent progress in the realization of low‐cost, efficient solar cells based on CQDs. We focus in particular on CQD materials and approaches that provide both infrared and visible‐wavelength solar power conversion CQD photovoltaics now exceed 5% solar power conversion efficiency, achieved by the introduction of a new architecture, the depleted‐heterojunction CQD solar cell, that jointly maximizes current, voltage, and fill factor. CQD solar cells have also seen major progress in materials processing for stability, recently achieving extended operating lifetimes in an air ambient. We summarize progress both in device operation and also in gaining new insights into materials properties and processing – including new electrical contact materials and deposition techniques, as well as CQD synthesis, surface treatments, film‐forming technologies – that underpin these rapid advances.     

量子点在低价太阳电池中的应用及研究状况

太阳电池的发展包括3个阶段,已商业化生产的第一代单晶硅电池成本较高,而薄膜化的第二代太阳电池虽大幅降低了成本,但效率不理想。因此,期待比第一代太阳电池有更高转换效率的同时,保持第二代太阳电池低成本优势的第三代太阳电池的诞生。其中,半导体量子点太阳电池因具有高达66%的热力学转换效率备受关注。介绍了基于量子点的几种低价太阳电池,包括全无机纳米结构太阳电池、染料敏化电池及聚合物太阳电池等,重点介绍了由有机聚合物和无机半导体量子点组成的杂化聚合物/量子点电池的结构及影响器件效率的关键因素。     

Cesium Lead Halide Perovskite Quantum Dots as a Photoluminescence Probe for Metal Ions

Perovskite structured CsPbX₃ (X = Cl, Br or I) quantum dots (QDs) have attracted great attention in the past few years for appealing application potentials in photovoltaic and optoelectronic devices. In this report, the CsPbX₃ QDs are shown to perform as a new probe for metal ions with high sensitivity, high selectivity and instant response by the quenching or enhancing of the photoluminescence (PL). Through experimental and calculation efforts, the probing mechanisms are investigated. A wide probing window for Cu²⁺ and Yb³⁺ ions ranging from 2 × 10^?9 to 2 × 10^?6m is exhibited for CsPbBr₃ QDs. In practice, the CsPbBr₃ QDs are successfully applied for fast probing Cu²⁺ ions in edible oils and vehicle lubricating oils with the precision consistent to the values measured by inductively coupled plasma (ICP). Thus, it provides a promising powerful tool in detecting certain metal ions in biological and industrial organic solution systems.     

Boosting the Performance of Environmentally Friendly Quantum Dot‐Sensitized Solar Cells over 13% Efficiency by Dual Sensitizers with Cascade Energy Structure

Generally, high light‐harvesting efficiency, electron‐injection efficiency, and charge‐collection efficiency are the prerequisites for high‐efficiency quantum‐dot‐sensitized solar cells (QDSCs). However, it is fairly difficult for a single QD sensitizer to meet these three requirements simultaneously. It is demonstrated that these parameters can be felicitously balanced by a cosensitization strategy through the adoption of environmental‐friendly Zn–Cu–In–Se and Zn–Cu–In–S dual QD sensitizers with cascade energy structure. Experimental results indicate that: i) the combination of the dual QDs can improve the light‐harvesting capability of the cells, especially in the visible light window; ii) the cosensitization approach can facilitate electron injection, benefitting from the cascade energy structure of the two QD sensitizers employed; iii) the charge‐collection efficiency can be remarkably enhanced by the suppressed charge‐recombination process due to the improved QD coverage on TiO₂. Consequently, this cosensitization strategy delivers a new certified efficiency record of 12.98% for liquid‐junction QDSCs under AM 1.5G 1 sun irradiation. Moreover, the constructed cells exhibit good stability in a high‐humidity environment.     

Black Phosphorous Quantum Dots Sandwiched Organic Solar Cells

Black phosphorous quantum dots (BPQDs) possess ambipolar charge transport, high mobility, and a tunable direct bandgap. Here, liquid‐exfoliated BPQDs are used as interlayers to modify both the electron transport layer and hole transport layer in organic solar cells (OSCs). The incorporation of BPQDs is beneficial to the formation of a cascade band structure and electron/hole transfer and extraction. The power conversion efficiency of the BPQDs‐incorporated OSC based on PTB7‐Th:FOIC blend is enhanced from 11.8% to 13.1%. In addition, power conversion efficiency enhancement is also achieved for other nonfullerene and fullerene‐based devices, demonstrating the universality of this interlayer methodology.     

半导体量子点玻璃的研究进展

介绍了半导体量子点材料禁阻类型,详细阐述了共熔法、溶胶-凝胶法、离子注入法等半导体量子点玻璃材料的制备方法,探讨了半导体量子点玻璃的尺寸效应、禁阻效应、库仑阻塞效应和非线性光学效应等特性及其未来应用前景.