Nano-heterojuncties voor zonnecellen

Zonnecel
Zonnecellen tikken zonlicht aan en zetten het om in elektriciteit. Wereldwijd is de bijdrage van zonne-elektriciteit hoger door veel geïnstalleerde zonnepanelen. Zowel het potentieel als het gat in het gebruik van zonne-energie door zonnecellen is enorm. Halfgeleiders dienen als lichtabsorbeerder om fotonen om te zetten in elektron-gatparen en het interne elektrische veld. De fundamentele processen in zonnecellen zijn lichtabsorptie en ladingsscheiding. De levensduur van minderheidsdragers en vervoerdersmobiliteit zijn van cruciaal belang voor een hoge efficiëntie. De recordefficiëntie van cellen van commerciële grootte varieert tussen 12% en 20%. Het huidige beste rendement van anorganische enkelvoudige zonnecellen is 20-25% en het is de afgelopen tien jaar bijna verzadigd.
Anorganische zonnecellen
In de oplossing verwerkte anorganische zonnecellen op basis van colloïdale halfgeleidende kwantumdots en nanokristallen zijn veelbelovend omdat ze licht kunnen absorberen over een breed spectrum van golflengten dankzij het feit dat de bandgaps in kwantumdots over een groot energiebereik kunnen worden afgestemd . Ze zijn ook relatief goedkoop te produceren. Anorganische zonnecellen worden gemaakt met behulp van kwantumstructuren. De integratie van MQW, SL en kwantumdots in fotovoltaïsche apparaten leidt tot een spectaculaire verbetering van de theoretische maximale efficiëntie, vergeleken met de conventionele bulk-halfgeleider-gebaseerde zonnecellen. De nanostaafvormige donor-acceptor-zonnecellen vertonen ook de stabiele prestaties in lucht. Er zijn uitdagingen om de kloof tussen de ideale en reële waarden van de conversie-efficiëntie te verkleinen.
Nanorod-vormige heterojunctie
Donor-acceptor-zonnecellen zijn volledig samengesteld uit anorganische nanokristallen die uit een oplossing zijn gegoten. De zonnecellen gebruiken de nanostaafvormige CdTe/CdSe nanokristal heterojunctie. Elk ultradun (~ 100 nm) nanokristal wordt spin-cast uit een gefilterde pyridine-oplossing. Deze technologie levert grote, flexibele dunne films van dicht opeengepakt nanokristal op vrijwel elk substraat.
Onderzoek
Onderzoekers in Spanje hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om de levensduur van ladingsdragers in colloïdale nanokristallijne zonnecellen te verlengen door gebruik te maken van nano-heterojuncties bestaande uit elektronenacceptor- en donornanomaterialen. De techniek zorgt voor een hoge kwantumefficiëntie, zelfs in fotovoltaïsche materialen met slechte opto-elektronische eigenschappen. De onderzoekers gebruikten kristallen op cadmiumbasis omdat ladingsdragers in deze verbindingen vrij lang meegaan.
Verlenging van de levensduur
De onderzoekers creëerden een bulk nano-heterojunctie in een zonnecelapparaat door delectronacceptor- en donormaterialen zodanig te mengen dat, wanneer ze worden blootgesteld aan zonlicht, fotogegenereerde elektron-gatparen zich op nanoschaal kunnen scheiden en langs de apparaat via twee zeer verschillende nanopaden, om de kans op recombinatie te verkleinen.
Volgens het gepubliceerde rapport beweren de onderzoekers dat hoewel de energieconversie-efficiëntie van hun cellen nog steeds een beetje lager is dan recordefficiëntie-apparaten op basis van PbS kwantumdots en titania n-type elektroden, het demonstreert het proof-of-principle, en in tegenstelling tot eerdere studies die vertrouwden op ofwel gesputterde oxide-elektronenacceptoren of sinteren bij hoge temperatuur bij 500 ° C, werkt hun techniek met behulp van een volledig oplossingsgebaseerd proces en bij lage temperaturen van minder dan 100 °C met niet te verwaarlozen voordelen voor goedkope roll-to-roll fabricage..