Tagi:

Superwydajne ogniwa słoneczne oparte o technologie kwantową

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.

 

ogniwo 1

www.iec.ch

 

ogniwo 2

flickr.com

Nano-heterozłącza

 

sky building

www.wallsfeed.com

 

ogniwa 3

news.cnet.com

 

solar building

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

email

SHARE OR SAVE THIS POST FOR LATER USAGE