量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)由于带隙可调、摩尔消光系数高、多重激子效应、水、氧稳定性好、成本低、工艺简单等诸多优点，引起了学术界和工业界的广泛关注。迄今为止，被报道的最高功率转换效率(PCE)已经超过16.6%，但与其他商业化太阳能电池相比仍然存在差距。大量的研究致力于优化其性能，发现提高电荷收集效率、减少电荷重组、促进电子空穴对的分离可以使其PCE有效提升。此外，拓宽光吸收范围和提高光吸收效率对PCE有显著影响。事实上，器件在可见光区域有稳健的PCE，但在紫外和近红外区域常常受到的限制。把器件的光吸收范围拓宽到紫外和红外波段将使器件性能大幅提高。
由此，为了进一步提升和优化量子点敏化太阳能电池的性能，兰州大学物理科学与技术学院彭尚龙教授课题组开展了相关研究工作，其研究成果发表在期刊《Science China Materials》上 (题目为Enhanced Performance of CdS/CdSe Quantum Dot-Sensitized Solar Cells by Long-Persistence Phosphors Structural Layer, 文章链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s40843-019-1248-6)。在这项工作中，我们将长余辉荧光粉（LPPs）引入QDSSCs中并对LPPs增强CdS/CdSe QDSSCs的性能进行了系统的研究。结果发现，(1)光阳极表面的LPPs作为光反射层,提高了光电阳极的光捕获效率。(2) EIS测量结果证实，引入LPP层有利于电荷转移，减少界面复合。(3) LPPs在短波紫外光激发下发射长波荧光，量子点捕获这些额外的荧光产生光电流。最终，引入LPPs的CdS/CdSe QDSSCs的PCE从4.08%上升到5.07%，较无LPP层的QDSSCs提高了近24%。值得注意的是，LPPs发出荧光能驱动设备在黑暗环境中工作，并为全天候QDSSCs创造了可能性。
图文导读：
Figure 1 Schematic configuration of the QDSSCs (a) without and (b) with LPPs. The corresponding optical images of the photoanodes (c) in light and (d) in the dark.
Figure 2 Top-view SEM images of (a) TiO2/QDs and (b) TiO2/QDs/olivine-emitting LPPs photoanodes. Cross-sectional SEM images of (c) TiO2/QDs/olivine-emitting LPPs photoanode and (d) partial enlargement.
Figure 3 (a)Transmission spectra and (b) UV-Visible absorption spectra of photoanodes using FTO glass as benchmarks.
Figure 4 (a) Photoluminescence spectra of the olivine-emitting LPPs are obtained at room temperature. (b) IPCE spectra of QDSSCs, (c) Current density–voltage (J–V) curves and (d) EIS spectra.
Figure 5 (a) Current density–voltage (J–V) characteristics of the QDSSCs. (b) the dependence of the average PCE and Jsc on the kinds of LPPs in the modified photoanode and (c) light path diagram of photoanodes with LPP layer.
总结：LPPs引入到QDSSCs中提升了器件的性能已被证实是一个有前景的应用。PL, UV-Vis, IPCE和EIS光谱测试表明,LPPs可以吸收短波紫外光并释放额外的长波光,提高光反射并减少界面复合。结果表明，具有LPP层的CdS/CdSe QDSSCs的短路电流密度Jsc从12.89 mA/cm2提高到15.36 mA/cm2。与传统太阳能电池相比，CdS/CdSe QDSSCs的PCE提高了24%。此外，太阳能电池在黑暗中继续工作，显示出潜在的应用。