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量子點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)徹底改變顯示器應(yīng)用了，例如廣受喜愛的 Kindle Fire 電子書閱讀器的背光使用了Nanosys公司制造的量子點(diǎn)增強(qiáng)薄膜（QDEF）。如今，研究人員們打算用量子點(diǎn)徹底改造太陽能聚光器。

經(jīng)由內(nèi)建的量子點(diǎn)采集來自太陽的光源，研究人員們期望能將窗戶變成高效率的太陽能板聚光器。其作法是將太陽光電（PV）電池放在注入量子點(diǎn)的窗戶邊緣，使其轉(zhuǎn)變成為發(fā)光的太陽能聚光器（LSC）。美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（Los Alamos National Laboratory；LANL）與意大利米蘭比可卡大學(xué)（University of Milano-Bicocca；UNIMIB）合作，最近展示這種為這種LSC窗戶實(shí)現(xiàn)大于10%的光學(xué)效率。


透明的量子點(diǎn)窗格材料在紫外線的照射下發(fā)光（來源：Los Alamos National Laboratory）

“我們的裝置是一款光采集器——這款聚光器能夠從較大區(qū)域擷取光源并將其導(dǎo)入更小的PV電池，”LANL先進(jìn)太陽能光物理中心（CASP）的首席研究員Victor Klimov表示。

針對概念性驗(yàn)證展示，Klimov的研究團(tuán)隊(duì)們在UNIMIB的協(xié)助下，將量子點(diǎn)嵌入于一個(gè)邊緣圍繞PV太陽電池的透明塑料中。

量子點(diǎn)是高效率的發(fā)射器，可展現(xiàn)接近100%的發(fā)光效率，但以往嘗試用于實(shí)際尺寸的LSC 并未取得成功。其問題在于量子點(diǎn)重新吸收許多原應(yīng)被邊緣PV電池采集的再發(fā)射光子。為了解決這個(gè)問題，Klimov與其同事采用斯托克斯位移（Stokes-shift）法，開發(fā)出可改變再發(fā)射光子波長的量子點(diǎn)。

利用19世紀(jì)愛爾蘭物理學(xué)家George Stokes發(fā)明的斯托克斯位移法，可設(shè)計(jì)成為結(jié)合硒化鎘（CdSe）和硫化鎘（CdS）兩種不同材料的量子點(diǎn)。小型的CdSe核心作為發(fā)射核心，而CdS厚殼則扮演集光天線的角色。由于CdS的能隙較CdSe更寬，由CdSe核心發(fā)射的光表現(xiàn)出更大的低能量轉(zhuǎn)移。該策略導(dǎo)致大量的斯托克斯位移，從而有助于減少吸收損失。

當(dāng)CdS內(nèi)部核心嵌入可將太陽能導(dǎo)入窗緣太陽電池的PMMA窗格時(shí)，CdSe量子點(diǎn)吸收光子，然后從CdS核心以不同的波長重新發(fā)射能量。

研究人員們證實(shí)了所取得的LSC設(shè)備可達(dá)到大約10%的光采集效率，以及幾乎無損失的再吸收。經(jīng)由模擬顯示，這些裝置的實(shí)際尺寸還可擴(kuò)展到超過1公尺。

LANL的研究人員們開發(fā)出厚殼的CdSe/CdS量子點(diǎn)，而義大利團(tuán)隊(duì)們則負(fù)責(zé)將開發(fā)結(jié)果嵌入較大的PMMA組合物中。