朱曉陽(yáng)和他的同事們發(fā)現(xiàn)吸收光子后進(jìn)入激發(fā)態(tài)的硒化鉛納米晶體可以將熱電子傳導(dǎo)向二氧化鈦?zhàn)龀傻碾娮訉?dǎo)體。他們的發(fā)現(xiàn)指明了更高效太陽(yáng)能電池的研發(fā)方向。（來(lái)源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）
根據(jù)明尼阿波利斯和德克薩斯科學(xué)家們的最近研究成果，太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)化效率有望從目前的30％提升到60％。傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法吸收的高能光子通常轉(zhuǎn)化成熱能被浪費(fèi)掉，而新研究的主要突破是用半導(dǎo)體納米晶體（也稱作量子點(diǎn)）結(jié)構(gòu)來(lái)吸收這些光子。
傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池板受限于31％的理論效率上限 － 而目前價(jià)格合理的市場(chǎng)上最好的電池板效率皆小于20％。問(wèn)題在于一般的裝置攝入能量高于半導(dǎo)體的能量帶隙的光子后產(chǎn)生一種“熱”電荷載體（電子或穴）并在幾兆秒內(nèi)冷卻到帶邊沿、釋放聲子（晶格顫動(dòng)，或熱能）?？茖W(xué)家們稱，如果這些熱電子能夠在轉(zhuǎn)化成熱能浪費(fèi)掉之前被捕獲，光電能量轉(zhuǎn)化可以達(dá)到最高66％的效率。
這個(gè)研究方向的第一步已經(jīng)于2008年被芝加哥大學(xué) 菲利普 蓋爾特－西爾內(nèi)司特（ Philippe Guyot-Sionnest）的小組證明 —— 熱電子能在半導(dǎo)體納米晶體中減速。現(xiàn)在，得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的朱曉陽(yáng)（音譯）和他在明尼蘇達(dá)大學(xué)明尼阿波利斯分校的同事們發(fā)現(xiàn)了重要的第二步：如何在熱電子能量丟失前捕獲它們。
該小組發(fā)現(xiàn)電子可以從光敏的硒化鉛晶體傳導(dǎo)到相連的二氧化鈦電導(dǎo)體。研究人員在硒化鉛量子點(diǎn)上演示了這一發(fā)現(xiàn)，但該方法同樣適用于其他材料制成的量子點(diǎn)。
電子的傳導(dǎo)
硒化鉛因其46納米的超長(zhǎng)波爾半徑而被選做演示材料。這樣就保證了硒化鉛量子點(diǎn)內(nèi)的電荷載體（小于10納米）被強(qiáng)有力的限制在量子點(diǎn)內(nèi)，同時(shí)它們的電子波函數(shù)伸展到遠(yuǎn)超出納米晶體的表面。這一“離域作用”使得電子可以從納米晶體傳導(dǎo)到附近的電導(dǎo)體元件，例如 TiO2。 TiO2 因?yàn)槭侨菀撰@取的單晶體并有易吸收電子的特性而被選中。
研究人員首先在單晶體 TiO2 平面上制作一層或兩層的單分子硒化鉛量子點(diǎn)。薄層經(jīng)過(guò)化學(xué)溶劑處理以增強(qiáng)兩種材料間的電子耦合。
朱的團(tuán)隊(duì)測(cè)試了直徑3.3到6.7納米的硒化鉛納米晶體。通過(guò)紫外線光電子光譜和光學(xué)吸收的測(cè)量，研究人員測(cè)定了納米晶體中電子的最低激發(fā)態(tài)能級(jí)。他們發(fā)現(xiàn)這些能級(jí)皆低于 TiO2 的傳導(dǎo)帶，這意味著從量子點(diǎn)放射出的熱電子能夠從PbSe傳導(dǎo)到 TiO2。
“一個(gè)驚喜”
研究人員只預(yù)期了一般電子的傳導(dǎo)，而并未指望能觀測(cè)到熱電子的傳導(dǎo)。“我們意識(shí)到要想用量子點(diǎn)技術(shù)改進(jìn)太陽(yáng)能電池板的組裝，我們需要更進(jìn)一步了解電子從量子點(diǎn)傳導(dǎo)到半導(dǎo)體的基本原理，”團(tuán)隊(duì)成員Eray Aydil在與nanotechweb網(wǎng)站的采訪中說(shuō)道，“朱和我們共同指導(dǎo)的學(xué)生韋爾 蒂斯戴爾（他即將取得他的博士學(xué)位）研發(fā)了我們報(bào)導(dǎo)的這種探測(cè)電子的傳導(dǎo)的技術(shù)。而我們觀測(cè)到了熱電子的傳導(dǎo)實(shí)在是一個(gè)驚喜。”
不過(guò)若想把太陽(yáng)能電池板的效率提高到60％以上我們還有大量的工作要做，Aydil補(bǔ)充到，“我想我們和任何工作在這一領(lǐng)域的人都會(huì)盡量避免做出關(guān)于何時(shí)（如果可能的話）能見(jiàn)到66％效率的太陽(yáng)能電池板的預(yù)測(cè)。不過(guò)，如果基于熱電子傳導(dǎo)的高效太陽(yáng)能電池板最終能實(shí)現(xiàn)的話，我們已經(jīng)踏出了所必須的第一步?！?/p>
該團(tuán)隊(duì)將嘗試探測(cè)電子傳導(dǎo)的電流并制作基于熱電子傳導(dǎo)的太陽(yáng)能電池板，即使其能量轉(zhuǎn)化效率仍然很低。
