211service.com
Spray-on Solar Goes Dubbeldäckare
Ett forskarlag vid University of Toronto har skapat den första tvåskiktiga solcellen som består av ljusabsorberande nanopartiklar som kallas kvantprickar. Kvantprickar, som kan ställas in för att absorbera olika delar av solspektrumet genom att variera deras storlek, har setts som en lovande väg till lågkostnadssolceller eftersom partiklarna kan sprayas på ytor ungefär som färg. Men celler baserade på denna teknik har varit för ineffektiva för att vara praktiska. Genom att upptäcka ett sätt att kombinera två olika typer av kvantprickar i en solcell, kunde forskarna öppna vägen för att göra sådana celler mycket mer effektiva.
Solprickar: Var och en av dessa 16 prickar är en solcell som består av nanoskopiska partiklar som kallas kvantprickar.
Konventionella solceller är inställda för att omvandla ljus med endast en våglängd till elektricitet; resten av solspektrumet passerar antingen genom eller omvandlas ineffektivt. För att utnyttja en större andel av energin i solljus, staplar tillverkare ibland material som är utformade för att fånga olika delar av spektrumet. En tvåskiktscell, kallad tandemövergångscell, kan teoretiskt uppnå 42 procent effektivitet, jämfört med en maximal teoretisk effektivitet på 31 procent för celler med ett enda lager.
I Toronto-forskarnas cell är ett lager av kvantprickar inställt för att fånga synligt ljus och det andra för att fånga infrarött ljus. Forskarna hittade också ett sätt att minska det elektriska motståndet mellan skikten, ett problem som kan begränsa uteffekten av en tvåskiktscell. De introducerade ett övergångsskikt, som består av fyra filmer av olika metalloxider, som håller motståndet fint och lågt, säger Ted Sargent, professor i elektro- och datateknik som ledde forskningen vid University of Toronto. Forskarna valde genomskinliga oxider för detta lager, vilket lät ljus passera genom dem till bottencellen.
Resultatet, beskrivet Denna vecka i journalen Naturfotonik, är en tandemövergångscell som fångar ett brett spektrum av spektrum och har en verkningsgrad på 4,2 procent. Sargent säger att tillvägagångssättet kan användas för att göra trippellager och till och med fyrdubbla lager, vilket kan vara ännu bättre. Teamets mål är att överstiga 10 procent effektivitet inom fem år och fortsätta förbättras därifrån. Konventionella solpaneler är cirka 15 procent effektiva, men kvantprickceller med något lägre effektivitet kan fortfarande ha en fördel när det gäller de totala kostnaderna för solenergi om de visar sig vara dramatiskt billigare att tillverka.
John Asbury, professor i kemi vid Penn State University, säger att genom att öppna upp möjligheten att göra flerskiktsceller från kvantprickar har U of T-teamet ökat teknologins teoretiska effektivitet från 30 procent till nästan 50 procent. Men att komma någonstans i närheten av den typen av effektivitet kräver mycket arbete för att eliminera fångade tillstånd - platser i kvantprickmaterialet där elektroner kan fastna. Problemet med kvantprickar är att elektroner har stor sannolikhet att inte ta sig till elektroderna där de kan samlas, så det har begränsat deras effektivitet, säger han. Att verkligen ha en inverkan innebär att utveckla strategier för att kontrollera dessa fångade stater.