隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對能源的需求量與日俱增，化石能源作為不可再生能源，已無法滿足全球的能源消耗。因而，尋求可高效利用并且對環(huán)境友好的可再生能源是世界各國的共同目標。量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)是被廣泛認為具有重要應用前景的新型太陽能電池之一。但目前其光電轉(zhuǎn)化效率仍不能達到商業(yè)要求，因此如何進一步提高其光電轉(zhuǎn)換效率成為當前QDSSCs研究的重要課題。近年來研究發(fā)現(xiàn)，界面緩沖層修飾對提高QDSSCs光電轉(zhuǎn)化效率起著關鍵作用。由于QDSSCs吸光后，電子和空穴的分離發(fā)生不僅發(fā)生在量子點自身，還發(fā)生在緩沖層與光陽極的界面。所以QDSSCs的性能表現(xiàn)不僅依賴于量子點自身的電子能級結(jié)構(gòu)，同時還依賴于緩沖層和光陽極界面的電子能級結(jié)構(gòu)。所以對緩沖層與光陽極界面性質(zhì)的深入研究和微觀認識非常重要。


最近北大新材料學院的潘鋒教授團隊與中國科學院化學研究所林原教授團隊合作，通過第一性原理和實驗發(fā)現(xiàn)，TiO2/CdS/CdSe QDSSCs的光電轉(zhuǎn)化性能可以通過液相原子層技術(shù)調(diào)控CdS緩沖層的原子層數(shù)來實現(xiàn)，最高效率能達到6%，接近該體系目前最高水平(6.01%)。他們發(fā)現(xiàn)隨著CdS層數(shù)的增加，一方面CdS的帶隙減小，CdS的導帶底向下移動；另一方面，TiO2/CdS界面偶極作用增強，更多電子注入TiO2，導致TiO2的導帶底向上移動，從而導致界面處各自的能級發(fā)生重排。因此，QDSSCs的開路電壓和短路電流可以通過調(diào)控緩沖層的層數(shù)實現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)將為以后如何優(yōu)化緩沖層的界面性質(zhì)來提高QDSSCs的表現(xiàn)性能提供重要的線索和指導。該工作近期發(fā)表在國際著名期刊Chemical Communications發(fā)表（DOI: 10.1039/C6CC01664B），北大新材料學院的張丙凱、鄭家新以及中科院化學所李曉寧博士是文章的共同第一作者。潘鋒教授和林原教授是共同通訊作者。