第一个自组装量子点纳米线系统：太阳能光伏的“改变者”？

来自瑞典，瑞士，西班牙和美国的大学和实验室的国际研究人员团队在光子学和纳米级半导体制造的前沿工作，“展示了一种过程，量子点可以在纳米线的最佳位置自组装， NREL 2月8日的新闻稿说，这是一项可以改善太阳能电池，量子计算和照明设备的突破。

美国国家可再生能源实验室（NREL）高级研究员罗俊伟（Jun-Wei Luo）再现了瑞士科学家所做的突破性研究，利用NREL的超级计算机展示了“量子点-纳米线”系统，“该系统极大地提高了其在太阳能中的应用潜力检测局部电场和磁场。量子点还可以用于为转换器充电，以更好地进行光收集，例如在光伏（PV）电池的情况下。”

利用量子光子性质

量子点是半导体材料的微小颗粒，直径通常为2到10纳米（10-9米），约50个原子。它们的小尺寸使它们具有“独特的光学和电特性，其特性与相应的散装材料的特性不同”。纳米工程研究和开发公司Nanoco Group Plc解释说，仅生产一千克这种材料就足以满足商业规模的制造业需求。

NREL补充说：“在这样的尺寸下，它们展现出量子物理学的有益行为，例如形成电子-空穴对和收集多余的能量。”

NREL研究人员于去年10月下旬宣布，他们已经开发出量子点，并用它们来制造太阳能PV电池，该电池突破了先前被接受的障碍，从而限制了他们能够从光子产生的电能。他们创建的量子点太阳能PV电池能够从蓝光频率范围的光子产生的电流比当前的商用PV电池多30％。

“虽然传统的半导体仅从每个光子中产生一个电子，但是纳米尺寸的晶体材料（例如量子点）避免了这种限制，并被开发为有前途的光伏材料，” AVS新闻发布：材料，接口和加工科学技术讲解。

“效率的提高来自于量子点的收集能量，否则量子点会以常规半导体的热量形式损失掉。热量的损失减少了，所产生的能量被集中到产生更多的电流中。”

在本期《自然材料》杂志上发表的“用于量子光子学的纳米线系统中的自组装量子点”中有详细介绍，由NREL和国际研究人员团队开发的量子点在“顶点”的界面上自组装砷化镓/砷化铝镓芯和纳米线壳。

精确定位这些高度稳定的量子点的能力意味着制造商将能够充分利用“材料为电子和空穴提供量子限制的能力”，从而将方法转变为“潜在的游戏规则改变者” 。