具備便宜與無毒環保優勢，新型量子點太陽能發展潛力受看好
2020-05-24作者 Daisy Chuang | 發布日期 2020 年 05 月 22 日
太陽能技術千百種，除了常見的矽晶太陽能電池，還有薄膜、鈣鈦礦、有機太陽能等技術，最近美國科學家就在「量子點（quantum dots）」太陽能技術有所突破，維持轉換效率的同時，也改善過去採用有毒物質的缺點。
那麼量子點太陽能是什麼呢？量子點是種奈米大小的半導體材料，直徑只有 2-10nm，多由鉛和鎘等元素製成，而依據不同的材料、形狀、尺寸、結構，吸收陽光後會發射出不同的光，也就是說科學家可藉由調整材料尺寸，來改變光、電、磁性質與材料能隙，直徑愈大能隙就愈小、發光頻率偏藍，反之直徑愈短能隙愈大，發光頻率偏紅。
因此量子點技術應用廣泛，催化、電子、光子學、感測、資訊儲存、醫療與圖像等領域都可見到，最近更有廠商推出量子點電視與顯示器，只是傳統的量子點材料多由有毒物質製成，擴大應用總會產生些許環境疑慮，對此美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）決定改變配方，採用銅、銦和硒，最後再鍍上鋅，最後再把量子點放入多孔二氧化鈦電極中。
當二氧化鈦照到陽光，其中的量子點吸收光子後，就會再釋放電子到二氧化鈦中，進而產生光電流（photocurrent）。半導體奈米晶體物理學家 Victor Klimov 表示，由於我們把四種元素結合到一顆奈米大小的粒子中，就很容易出現缺陷、有損效率，但團隊發現這些缺陷並不影響性能，反而有助提高效率，觀察到若吸收 100 個光子，光生電子可達 85 個，這也代表著光子至電子（photon-to-electron）轉換效率為 85%。
但實際上太陽能轉換效率沒那麼高，根據發表在《Nature Energy》的研究，太陽能轉換效率僅 9%-10%，無法跟前幾個月澳洲昆士蘭大學（University of Queensland）創下的 16.6% 紀錄相比、也沒有到過去最高的 13%，不過團隊認為，這是個完全無毒的量子點太陽能電池，轉換料率也還在均值範圍內，製造成本也相對便宜，也確實顯現出具備新型無毒、便宜、耐缺陷的太陽能電池潛力。
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