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 7%. Wartość ta jest prawie o 40% większa w porównaniu z dotychczas skonstruowanymi urządzeniami opartymi na koloidalnych kropkach kwantowych.
Ogniwa słoneczne
Nieorganiczne ogniwa słoneczne to urządzenia składające się z warstw kropek kwantowych, czyli nanometrowej wielkości kawałków półprzewodnika, umieszczonych w koloidalnej zawiesinie. Urządzenia te posiadają interesujące właściwości obejmujące przede wszystkim zdolność do absorbowania światła w szerokim zakresie długości fal, wynikającą z możliwości strojenia przerwy energetycznej kropek kwantowych poprzez zmianę ich rozmiaru.
Technologia półprzewodnika
W procesie absorpcji światła przez materiał fotowoltaiczny wytwarzane są pary nośników ładunku (elektrony oraz dziury), których czas życia musi być wystarczająco długi, aby przemieszczając się w materiale, mogły generować prąd elektryczny. W dotychczasowych urządzeniach kropki kwantowe składały się z atomów kadmu oraz ołowiu, ze względu na długi czas życia nośników w tychże materiałach.
Jednakże użycie kadmu oraz ołowiu nie jest do końca zbyt dobrym rozwiązaniem. „Zarówno kadm, jak i ołów zaliczany jest do grupy toksycznych pierwiastków, dlatego naukowcy szukają obecnie innych, bezpieczniejszych materiałów, nawet jeśli miałyby się one charakteryzować nieco gorszymi właściwościami optoelektronicznymi”, wyjaśnił Gerasimos Konstantatos z Institut de Ciencies Fotoniques w Barcelonie, kierownik grupy hiszpańskich naukowców.
www.iec.ch
flickr.com
Nano-heterozłącza
www.wallsfeed.com
news.cnet.com
www.sikladrain.de
Urządzenie stworzone przez grupę Konstantatos’a składało się z „nano-heterozłącza” zawierającego mieszaninę kropek kwantowych zbudowanych z siarczku ołowiu (PbS) domieszkowanego na typ p oraz z kropek kwantowych z siarczku bizmutu (Bi2Si3) domieszkowanych na typ n. Materiały te zostały tak dobrane, aby po zaabsorbowaniu światła przez kropki kwantowe, wzbudzone pary elektron-dziura mogły ulec rozseparowaniu i przemieszczać się wzdłuż urządzenia oddzielnymi drogami, celem zmniejszenia prawdopodobieństwa ich rekombinacji.
W kolejnym etapie taka mieszanina kropek kwantowych została umieszczona pomiędzy warstwą niedomieszkowanych kropek kwantowych z Bi2Si3, transportującą elektrony oraz przeciwstawiającą się przepływowi dziur, oraz warstwą kropek kwantowych z PbS, transportującą dziury i przeciwstawiającą się przepływowi elektronów.
KONWERSJA FOTOELEKTRYCZNA
[quote_right]różne ułożenie kropek kwantowych – różny czas życia nośników[/quote_right] Aby określić przyczynę wzrostu wydajności urządzenia z mieszaniną kropek, Arup Rath, jeden z członków zespołu, wraz z innymi naukowcami przeprowadzili pomiary czasów życia nośników ładunku w obydwu urządzeniach, w funkcji intensywności światła emitowanego na ich powierzchnię. Pomiary wykazały, że przy niskiej intensywności światła czas życia nośników był porównywalny w obydwu urządzeniach.
W przypadku światła o wyższej intensywności, zbliżonej do intensywności światła słonecznego, czas życia nośników w strukturze z dwuwarstwą kropek był trzykrotnie krótszy w porównaniu ze strukturą zawierającą mieszaninę kropek, co oznacza, że rekombinacja par elektron-dziura zachodziła znacznie wolniej w drugim z wymienionych urządzeń.
ZALETY
- Niezwykle tania eksploatacja
- Produkcja energii odbywa się nawet w pochmurne dni
- Niewyczerpalne i przyjazne środowisku źródło energii
WADY
- Konserwacja i sposób utylizacji urządzeń
- Duża powierzchnia ogniw
- Do produkcji ogniw używa się szkodliwych dla środowiska materiałów (kadm, arsen, selen, tellur)
Tekst zaczerpnięty z portalu: efizyka.net.pl
Badania naukowe opisano na stronie:Nature Nanotechnology