Superwydajne ogniwo słoneczne bazujące na koloidalnych kropkach kwantowych

Naukowcy z University of Toronto w Kanadzie oraz z KAUST w Arabii Saudyjskiej stworzyli superwydajne ogniwo słoneczne bazujące na koloidalnych kropkach kwantowych, którego wydajność kształtuje się na poziomie wynoszącym około 7%. Wartość ta jest prawie o 40% większa w porównaniu z dotychczas skonstruowanymi urządzeniami opartymi na koloidalnych kropkach kwantowych.

Koloidalne kropki kwantowe – nowy materiał fotowoltaiczny

Koloidalne kropki kwantowe (ang. colloidal quantum dots ) to półprzewodnikowe obiekty o rozmiarze kilku nanometrów, powstające w procesie wytrącania kryształów półprzewodnikowych w roztworze. Dzięki takiej metodzie ich otrzymywania mogą być one z łatwością osadzane na różnych rodzajach podłoży. Jednym z potencjalnych zastosowań koloidalnych kropek kwantowych może być użycie ich jako elementów absorbujących (pochłaniających) światło w wysokowydajnych nieorganicznych ogniwach słonecznych. Główną zaletą stosowania koloidalnych kropek kwantowych jako materiału fotowoltaicznego jest ich zdolność do absorbowania światła w szerokim zakresie długości fal, wynikająca z możliwości strojenia przerwy energetycznej kropek poprzez zmianę ich rozmiaru.

Kropki kwantowe typu core-shell

Trudność w budowie ogniw słonecznych bazujących na koloidalnych kropkach kwantowych wynika przede wszystkim z występowania nieosłoniętych miejsc (obszarów) na ich powierzchni. Obszary te działają jak centra pułapkowania elektronów, skutecznie ograniczając wydajność takich ogniw. Aby zapobiec temu niepożądanemu zjawisku powierzchnia kropek kwantowych poddana zostaje procesowi pasywacji. Proces ten polega na pokryciu ich powierzchni związkiem organicznym lub warstwą półprzewodnika o większej przerwie energetycznej, niż przerwa energetyczną materiału kropek (tzw. koloidalne kropki kwantowe typu core – shell ). Zespół naukowców kierowany przez Edwarda Sargent z University of Toronto dokonał pasywacji powierzchni kropek umieszczając je w roztworze chloru. „Atomy chloru wypełniły wszystkie nieosłonięte obszary na powierzchni kropek kwantowych, dzięki czemu udało się zwiększyć jakość ich powierzchni”, wyjaśnił Sargent.

Koloidalne kropki kwantowe zostały umieszczone na szklanym podłożu w procesie ich rozwirowania i pokryte następnie przezroczystą warstwą materiału przewodzącego prąd elektryczny. W kolejnym kroku kropki zostały „związane ze sobą” przy użyciu organicznego linkera, tworząc bardzo gęsty aglomerat kropek absorbujący znacznie większą ilość światła słonecznego w porównaniu z nieco „luźniejszą” warstwą kropek. Obecność takiej, gęsto upakowanej struktury kropek, potwierdziły pomiary rozpraszania promieniowania rentgenowskiego przeprowadzone przez naukowców z KAUST. „Większość ogniw słonecznych dostępnych obecnie na rynku wykonana jest z ciężkich materiałów krystalicznych”, wyjaśnił Sargent. „Nasza praca pokazuje, że lekkie i uniwersalne materiały, takie jak koloidalne kropki kwantowe, mogą stać się potencjalną konkurencją, zwłaszcza cenową, tradycyjnych ogniw”.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com