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大总结！2016年各大新型太阳能电池领域的关键突破（下）
上篇介绍了钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池领域在过去一年里的关键突破，接下来介绍染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池领域。
（三）染料敏化太阳能电池领域
染料敏化太阳能电池领域发展了二十多年，虽然至今没有实现大规模的应用，还是带动了一系列学科的发展。近几年相关领域论文数目出现大幅度下降，不少研究者也纷纷转向其他方向。尽管有人对染料敏化太阳能电池发展前景存疑，但仍旧有部分课题组坚持着相关研究，特别是固态染料敏化太阳能电池方向。
1. Nature Communications：给体材料掺入电解质提高染料敏化太阳能电池效率和稳定性
相关分子的化学结构及电化学性质。图片来源：Nature Communications
瑞典乌普萨拉大学Gerrit Boschloo等科学家开发了一种策略，通过向标准的钴电解质中引入了一种有机电子给体，三（4-甲氧基苯）胺，电池的光电转换效率大大提高。在0.46与1个太阳下，光电转化效率分别达到11.7%与10.5%；相对于标准电解质，光电转换效率相当于提高了26%。另外，电池的稳定性也大幅度提高，在经过250小时持续光照后，效率仍然可以保持90%，而且作者对此进行了细致的机理研究（Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms13934）。
这为开发新型的电解质提供了非常好的思路，大家期待出现更多的优质材料，同时也期望固态染料敏化电池出现较大进展。
2. Advanced Materials：黑磷量子点作为染料敏化太阳能电池光阴极提高效率
a 利用黑磷量子点作为光阴极的器件结构图；b 不同层的能级图；c 裸PANI膜SEM图；d 插入黑磷量子点的PANI膜SEM图；e 裸PANI膜TEM图；f PANI/黑磷量子点膜TEM图。图片来源：Advanced Materials
中南大学肖思、郭学益和中科院深圳先进技术研究院喻学锋等科学家将基于黑磷量子点的光阴极应用于固态n-型染料敏化太阳能电池，有效提高了光电转换效率。不同于多数近红外吸收的材料只能应用于吸光剂，黑磷量子点既可以作为近红外吸光剂，又可以作为电荷传输层，因此在近红外区的吸收、电荷传输以及电子复合都有明显提高。基于黑磷量子点的染料敏化太阳能电池的效率比基于PANI的效率提高了20%（Advanced Materials, 2016, DOI: 10.1002/adma.201602382）。
该研究不仅展示了宽带双层n型染料敏化电池，而且加深了学界对溶液加工黑磷在下一代太阳能电池或光电器件中应用的理解。
（四）量子点敏化太阳能电池领域
一直号称理论光电转换效率最高可达75%的量子点太阳能电池，是纳米领域衍生的产物，可利用溶液加工，带隙也可调。但是，有毒性风险，效率也还不够高，这是目前其发展的瓶颈。尽管量子点太阳能电池领域的研究人员远少于有机太阳能电池及钙钛矿太阳能电池领域，2016年该领域也出现了重要进展。
1. Nature Materials：液相配体交换法提高量子点太阳能电池效率
a 认证的电流-电压曲线；b 外量子效率曲线；c 未包封器件的稳定性曲线。图片来源：Nature Materials
加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent等科学家引入了一种液相配体交换法，可以使得胶体量子点薄膜具有更平的能量分布。铅配体前驱体，随着加入醋酸胺可以实现有效的配体交换，能够实现胶体量子点固体的钝化。有机残留物可以通过纳米晶沉降去除。胶体量子点聚集及带尾的减弱可以降低能量输送，从而提高电荷传输，有利于电荷向电极的注入。因此该器件厚度可以增加，也可以降低带隙增加吸收，从而制备了350 nm的溶液交换活性层（Nature Materials, 2016, DOI: 10.1038/nmat4800）。这说明通过削减带尾，实现尺寸可控的全波长吸收且空气稳定的高效量子点太阳能电池是可行的。这为量子电池以后的发展提供了重要的思路。
2. JACS：Zn−Cu−In−Se量子点太阳能电池认证效率高达11.6%
电池的电流-电压曲线及内量子效率曲线。图片来源：JACS
表一 器件的光伏参数表
华东理工大学钟新华等科学家报道了新型的非Cd、非Pb的绿色Zn−Cu−In−Se量子点敏化电池，带隙可调，其最高效率可以达到11.91%，认证效率可以达到11.61%，是目前量子点电池领域的最高效率。其优越的性能归因于：(1) 高含量的量子点敏化剂及吸收可以拓宽至近红外区；(2) 电子注射速率可以高达9.1 × 1010 s−1；(3) 光阳极/电解质界面处电荷复合被明显压制（JACS, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b00615，点击阅读详细）。这篇文章为人们开发效率可以超越染料敏化太阳能电池的绿色量子点电池提供了重要思路。
太阳能电池的种类众多，其中硅电池是唯一大规模生产应用的太阳能电池，而且其成本也在迅速下降。不知道各类太阳能电池只是一场“流星雨”，仅仅贡献了一堆论文，还是会引来新的技术或产业革命，我们拭目以待。