Højeffektive solceller kan være resultatet af kvanteprikforskning

Konventionel solcelleeffektivitet kunne øges fra den nuværende grænse på 30 procent til mere end 60 procent, foreslår ny forskning i halvleder nanokrystaller, eller kvanteprikker, ledet af kemiker Xiaoyang Zhu ved University of Texas i Austin.

Zhu og hans kolleger rapporterer deres resultater i denne uges Videnskab .

Forskerne har opdaget en metode til at fange sollyset med højere energi, der går tabt som varme i konventionelle solceller.

Den maksimale effektivitet af den siliciumsolcelle, der er i brug i dag, er omkring 31 procent. Det skyldes, at meget af energien fra sollys, der rammer en solcelle, er for høj til at blive omdannet til brugbar elektricitet. Den energi, i form af såkaldte "varme elektroner, " går tabt som varme.

Hvis sollys med højere energi, eller mere specifikt de varme elektroner, kunne fanges, sol-til-elektrisk energikonverteringseffektivitet kunne teoretisk øges til så højt som 66 procent.

"Der er et par trin nødvendige for at skabe, hvad jeg kalder denne 'ultimate solcelle,' '" siger Zhu, professor i kemi og leder af Center for Materialekemi. "Først, afkølingshastigheden af ​​varme elektroner skal bremses. Sekund, vi skal være i stand til at gribe de varme elektroner og bruge dem hurtigt, før de mister al deres energi."

Zhu siger, at halvleder nanokrystaller, eller kvanteprikker, er lovende til disse formål.

Med hensyn til det første problem, en række forskergrupper har foreslået, at afkøling af varme elektroner kan bremses i halvledernanokrystaller. I et papir fra 2008 i Videnskab , en forskergruppe fra University of Chicago viste, at dette entydigt var sandt for kolloide halvleder-nanokrystaller.

Zhus team har nu fundet ud af det næste kritiske trin:hvordan man fjerner disse elektroner.

De opdagede, at varme elektroner kan overføres fra foto-exciterede blyselenid nanokrystaller til en elektronleder lavet af meget brugt titaniumdioxid.

"Hvis vi tager de varme elektroner ud, vi kan arbejde med dem, " siger Zhu. "Demonstrationen af ​​denne varme elektronoverførsel fastslår, at en højeffektiv solcelle med varme bærere ikke kun er et teoretisk koncept, men en eksperimentel mulighed."

Forskerne brugte kvanteprikker lavet af blyselenid, men Zhu siger, at deres metoder vil fungere for kvanteprikker lavet af andre materialer, også.

Han advarer om, at dette kun er et videnskabeligt skridt, og at der skal mere videnskab og en masse ingeniørarbejde til, før verden ser en 66 procent effektiv solcelle.

I særdeleshed, der er en tredje brik i det videnskabelige puslespil, som Zhu arbejder på:at forbinde til en elektrisk ledende ledning.

"Hvis vi fjerner elektroner fra solcellen, der er så hurtige, eller varmt, vi mister også energi i ledningen som varme, " siger Zhu. "Vores næste mål er at justere kemien ved grænsefladen til den ledende ledning, så vi kan minimere dette ekstra energitab. Vi ønsker at fange det meste af energien fra sollys. Det er den ultimative solcelle.

"Fossile brændstoffer har store miljømæssige omkostninger, " siger Zhu. "Der er ingen grund til, at vi ikke kan bruge solenergi 100 procent inden for 50 år."