Størrelse betyder noget:Quantum dots kunne gøre solpaneler mere effektive

(PhysOrg.com) -- Undersøgelser udført af Mark Lusk og kolleger ved Colorado School of Mines kan forbedre effektiviteten af ​​solceller markant. Deres seneste arbejde beskriver, hvordan størrelsen af ​​lysabsorberende partikler - kvanteprikker - påvirker partiklernes evne til at overføre energi til elektroner for at generere elektricitet.

Resultaterne er offentliggjort i april-udgaven af ​​tidsskriftet ACS Nano .

Fremstødet giver beviser til støtte for en kontroversiel idé, kaldet multiple-exciton generation (MEG), som teoretiserer, at det er muligt for en elektron, der har absorberet lysenergi, kaldes en exciton, at overføre denne energi til mere end én elektron, hvilket resulterer i mere elektricitet fra den samme mængde absorberet lys.

Kvanteprikker er menneskeskabte atomer, der begrænser elektroner til et lille rum. De har atom-lignende adfærd, der resulterer i usædvanlige elektroniske egenskaber på en nanoskala. Disse unikke egenskaber kan være særligt værdifulde til at skræddersy den måde, lys interagerer med stof.

Eksperimentel verifikation af sammenhængen mellem MEG og kvantepunktstørrelse er et varmt emne på grund af en stor grad af variation i tidligere publicerede undersøgelser. Evnen til at generere en elektrisk strøm efter MEG får nu stor opmærksomhed, fordi dette vil være en nødvendig komponent i enhver kommerciel realisering af MEG.

Til denne undersøgelse, Lusk og samarbejdspartnere brugte en National Science Foundation (NSF)-understøttet højtydende computerklynge til at kvantificere forholdet mellem hastigheden af ​​MEG og kvantepunktstørrelse.

De fandt ud af, at hver prik har et udsnit af solspektret, som det er bedst egnet til at udføre MEG for, og at mindre prikker udfører MEG for deres udsnit mere effektivt end større prikker. Dette indebærer, at solceller lavet af kvanteprikker, der er specifikt afstemt til solspektret, ville være meget mere effektive end solceller lavet af materiale, der ikke er fremstillet med kvanteprikker.

Ifølge Lusk, "Vi kan nu designe nanostrukturerede materialer, der genererer mere end én exciton fra en enkelt foton af lys, at udnytte en stor del af den energi, der ellers bare ville varme en solcelle op."

Forskerholdet, som omfatter deltagelse fra National Renewable Energy Laboratory, er en del af det NSF-finansierede Renewable Energy Materials Research Science and Engineering Center ved Colorado School of Mines i Golden, Colo Centret fokuserer på materialer og innovationer, der vil have en væsentlig indvirkning på vedvarende energiteknologier. At udnytte de unikke egenskaber ved nanostrukturerede materialer til at forbedre ydeevnen af ​​solpaneler er et område af særlig interesse for centret.

"Disse resultater er spændende, fordi de går langt hen imod at løse en langvarig debat inden for området, " sagde Mary Galvin, en programdirektør for Division of Materials Research på NSF. "Lige vigtigt, de vil bidrage til etablering af nye designteknikker, der kan bruges til at lave mere effektive solceller."