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近日，中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员与中南大学冶金与环境学院杨英副教授以及物理与电子学院肖思副教授等合作，在黑磷光伏器件应用领域取得重要研究进展。相关论文“Black phosphorus quantum dots based photocathodes in wideband bifacial dye-sensitized solar cells”，在线发表于材料学领域权威刊物Advanced Materials，影响因子18.960。
黑磷，作为一种具有二维层状结构的直接带隙半导体材料，展现出优异的光学和电学性能，被广泛视为新的“超级材料”，在半导体工业、光电器件、光学探测、生物医药等多个领域展现出巨大的潜在应用价值。研究团队创新性地将大小仅为几个纳米的黑磷量子点应用于构筑染料敏化太阳能电池的光阴极。染料敏化太阳能电池具有成本低廉、工艺简单且环境友好等优点，而实现太阳能电池高转化效率的首要途径就是尽可能提高太阳光的利用率。
团队利用黑磷量子点的近红外强吸收和高光电转换能力，将黑磷量子点沉积于多孔导电聚苯胺薄膜表面，制备出可红外光响应的光阴极，与光阳极形成互补的光吸收，将器件的光吸收范围扩展至可见-红外波段，从而组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳能电池。电池性能测试结果表明，沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生载流子浓度，从而将太阳能电池的光电转换效率提高了20%。该研究成果表明黑磷量子点在太阳能电池、光伏器件等领域的巨大应用潜力。
图（左上）黑磷量子点的溶液和透射电镜照片；（右上）电池光阴极结构图；（左下）聚苯胺/黑磷光阴极以及TiO2光阳极吸收光谱图；（右下）基于黑磷光阴极的准固态染料敏化太阳能电池光电性能曲线。
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