10月4日,瑞典*科學(xué)院揭曉2023年度諾貝爾化學(xué)獎,美國科學(xué)家莫吉·巴文迪(MoungiG.Bawendi)、路易斯·布魯斯(LouisE.Brus),俄羅斯科學(xué)家阿列克謝·葉基莫夫(Alexeil.Ekimov)三人因其在量子點的發(fā)現(xiàn)與合成方面的貢獻(xiàn)獲得殊榮。
三人中,莫吉·巴文迪是美國麻省理工學(xué)院(MIT)教授,路易斯·布魯斯在哥倫比亞大學(xué)工作,阿列克謝·葉基莫夫則是紐約“納米晶體技術(shù)(Nanocrystals Technology)”公司的首席科學(xué)家。
其中,莫吉·巴文迪是一位真正的鈣鈦礦太陽能電池專家:2019年其研發(fā)的鈣鈦礦太陽能電池效率經(jīng)NREL認(rèn)證分別達(dá)到24.2%和25.2%,分別創(chuàng)造了鈣鈦礦太陽能電池第10和第11個效率記錄點。2021年,莫吉·巴文迪團(tuán)隊與韓國化學(xué)技術(shù)研究所(KRICT)JangwonSeo&SeongSikShin研究團(tuán)隊于《自然》雜志(Nature)刊發(fā)通過載流子管理改善鈣鈦礦太陽能電池性能的研究成果。
此次獲得諾貝爾獎,莫吉·巴文迪的貢獻(xiàn)主要在量子點的化學(xué)制備方面。他革新了量子點的化學(xué)生產(chǎn)方法,使得量子點的質(zhì)量大幅提高,并為其在各種應(yīng)用中的使用鋪平了道路。
記者了解到,量子點是一種具有獨特光學(xué)和電子特性的微小半導(dǎo)體粒子,其尺寸一般小于20納米,比正常人頭發(fā)直徑的1/10000還要細(xì),并因體積小而具有量子特性。“很長一段時間以來,沒有人可以真正制造出如此小的顆粒。但今年的獲獎?wù)叱晒α恕?rdquo;斯德哥爾摩瑞典*科學(xué)院諾貝爾化學(xué)委員會主席JohanAqvist認(rèn)為,這一成就代表了納米技術(shù)的一座重要里程碑。
公開信息顯示,在20世紀(jì)80年代早期,阿列克謝·葉基莫夫成功地在有色玻璃中創(chuàng)造出了依賴于尺寸的量子效應(yīng)。幾年后,路易斯·布魯斯成為世界上*位證明在流體中自由漂浮的粒子存在大小依賴的這一量子效應(yīng)的科學(xué)家。1993年,莫吉·巴文迪徹底改變了量子點的化學(xué)產(chǎn)生方式,產(chǎn)生了幾乎*的粒子。
量子點最突出的一個光學(xué)特性是,在光線照射下它們會發(fā)出不同顏色的、高質(zhì)量的單色光。而這種顏色的不同取決于量子點顆粒的大小:尺寸較大的顆粒閃耀著黃色或紅色的光芒,而顆粒越小光的顏色越偏藍(lán)。這種光學(xué)特性,使得量子點具有廣泛的應(yīng)用范圍,如LED顯示屏、紅外探測成像、太陽能電池、光催化、量子光源等領(lǐng)域。
量子點在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用主要是憑其巨電導(dǎo)、可變化的帶隙、可變化的光譜吸收性等特性,調(diào)節(jié)光帶吸收、光電轉(zhuǎn)換以及載流子運輸,從而顯著提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
受傳統(tǒng)的晶硅材料限制,晶硅太陽能電池只能吸收太陽光譜中的一小部分,導(dǎo)致其*理論轉(zhuǎn)化效率約為33%。而量子點的小尺寸和量子限制效應(yīng),則使電子的能級變得離散,而不是像塊狀材料中那樣連續(xù)。科學(xué)家將量子點設(shè)計成具有對應(yīng)不同波長的光的特定能級,從而吸收更廣泛的太陽光譜,幫助晶硅電池實現(xiàn)突破理論轉(zhuǎn)化率天花板。
量子點與鈣鈦礦的結(jié)合的太陽能電池在轉(zhuǎn)換率上則有了更大的想象空間。如今,通過將鈣鈦礦材料與量子點結(jié)合,研究人員已經(jīng)制造出了比單獨使用量子點效率更高的太陽能電池。而在若干年后,憑借更高的效率、更低的成本,鈣鈦礦-量子點太陽能電池或許能夠替代傳統(tǒng)晶硅太陽能電池,成為行業(yè)的主流。
原標(biāo)題:獲了諾貝爾化學(xué)獎的「量子點技術(shù)」有望顛覆光伏電池?