近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員喻學(xué)鋒與中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院副教授楊英以及物理與電子學(xué)院副教授肖思等合作，在黑磷光伏器件應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展。相關(guān)論文Black phosphorus quantum dots based photocathodes in wideband bifacial dye-sensitized solar cells 在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。
黑磷，作為一種具有二維層狀結(jié)構(gòu)的直接帶隙半導(dǎo)體材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能，被廣泛視為新的“超級材料”，在半導(dǎo)體工業(yè)、光電器件、光學(xué)探測、生物醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將大小僅為幾個(gè)納米的黑磷量子點(diǎn)應(yīng)用于構(gòu)筑染料敏化太陽能電池的光陰極。染料敏化太陽能電池具有成本低廉、工藝簡單且環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，而實(shí)現(xiàn)太陽能電池高轉(zhuǎn)化效率的首要途徑就是盡可能提高太陽光的利用率。
團(tuán)隊(duì)利用黑磷量子點(diǎn)的近紅外強(qiáng)吸收和高光電轉(zhuǎn)換能力，將黑磷量子點(diǎn)沉積于多孔導(dǎo)電聚苯胺薄膜表面，制備出可紅外光響應(yīng)的光陰極，與光陽極形成互補(bǔ)的光吸收，將器件的光吸收范圍擴(kuò)展至可見-紅外波段，從而組裝成可雙面進(jìn)光的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽能電池。電池性能測試結(jié)果表明，沉積黑磷量子點(diǎn)后光陰極實(shí)現(xiàn)了對低能紅外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生載流子濃度，從而將太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高了20%。該研究成果表明黑磷量子點(diǎn)在太陽能電池、光伏器件等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。
圖：（左上）黑磷量子點(diǎn)的溶液和透射電鏡照片；（右上）電池光陰極結(jié)構(gòu)圖；（左下）聚苯胺/黑磷光陰極以及TiO2光陽極吸收光譜圖；（右下）基于黑磷光陰極的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽能電池光電性能曲線。
