基于胶体量子点的中间带太阳能电池新策略

摘要： 中间带太阳能电池（IBSC）概念通过吸收低于带隙能量的光子，有望提高单结太阳能电池的效率极限。尽管其工作原理在20多年前就已提出，但IBSC至今未能兑现这一承诺——目前基于嵌入式外延量子点制备的器件，实际效率反而低于传统太阳能电池。近期有研究提出新范式：利用胶体（即化学合成）量子点在密度泛函理论描述中自然产生的带隙内态作为中间带。本文重新审视这一有趣概念并揭示其缺陷，进而提出两种替代方案：第一种方案采用常见胶体量子点中普遍存在的局域化电子表面陷阱态，在由小尺寸InAs纳米晶构成的强耦合薄膜中充当中间带；第二种方案则通过大尺寸InAs纳米晶薄膜中导带底衍生的微带提供中间带。两种方案估算的IBSC效率极限均超越单结Shockley-Queisser极限。