纳米颗粒在几种量子点太阳电池中的应用
中国纳米技术网 时间：2011-06-30
（1）金属－半导体结（亦即肖特基结）太阳电池。
人们发现：如果半导体量子点和金属纳米颗粒接触时，光生电子就分布在半导体和金属纳米颗粒之间。电子积累使金属fermi能级更负，其复合材料的最终 fermi 能级偏移，更接近半导体的导带。比如，如果在TiO2或T i O2/ A u 体系中积累更多的电子，就会使 TiO2的 fermi 能级向负方向漂移。
借助于 fermi 能级向更接近导带方向的漂移，就能改善半导体颗粒系统的能量状态，使之更符合我们的需要。
检测发现，金属颗粒尺寸也影响表观fermi能级的漂移。比如，当Au颗粒分别为8，5和3nm时，测得其表观fermi能级相应为：-250，-270 和 -290 mv（相对于 NHE）。Subramanian 等人采用 TiO2或 TiO2/A u 复合膜作为光电极，以Pt、甘汞作为对电极和参考电极，3mL 的 0.05MNaOH 作为电解质，在氙灯紫外光的照射下，测得其光电流～电压特性曲线。在同样电压下，TiO2/Au光电流显著地增大，而且其增大幅度与纳米金颗粒的粒度密切相关。同时，此类光伏电池具有很大的填充因子。
（2）聚合物 - 半导体型太阳电池。
近年来，人们将无机半导体纳米颗粒引入到有机半导体中，从而构建出了新型太阳电池。比如，CdSe 量子点和聚合物的混合，就明显地促进了其在可见光照射下的电荷的分离和光电流的产生，而且电池的吸收谱与太阳光谱重迭得很好。
（3）量子点敏化太阳电池。
利用一种窄带隙的半导体去与另一种具有带宽合适的半导体材料耦合，就可能使电荷分离效率最大化。即借助两种具有恰当导带和价带的半导体的搭配，可以使得光生的电子和空穴分别聚集在两个分立的颗粒中，从而保证这两种载流子有足够时间被传输至电极。比如，通常用化学、电化学或自组装方法将 CdS 或CdSe 纳米晶沉积到带隙较宽的半导体纳米颗粒上。这种太阳电池基本设计思想与前述的 DSSC类似，只不过这里的敏化剂不是用染料，而是用窄带隙的半导体量子点，也就是纳米颗粒。
Kongkanand 等人利用双功能连接分子将不同尺寸的 CdSe 量子点组装在由纳米颗粒和纳米管组成的 TiO2薄膜上，制得此种量子点敏化太阳能电池。当CdSe纳米颗粒直径为3nm，TiO2为纳米颗粒膜 TiO2时，其最大的 IPCE（对单色光的光子 - 载流子产生效率）35 %，而 T iO2为纳米管阵列时，则为45%。
