Kvanteprikker med indbygget ladning øger solcelleeffektiviteten med 50 %

(PhysOrg.com) -- I de sidste par år, forskere har brugt kvanteprikker til at øge solcellernes lysabsorption og overordnede effektivitet. Nu, forskere har taget et skridt videre, demonstrere, at kvantepunkter med en indbygget elektrisk ladning kan øge effektiviteten af ​​InAs/GaAs kvantepunktsolceller med 50% eller mere.

Forskerne, Kimberly Sablon og John W. Little (US Army Research Laboratory i Adelphi, Maryland), Vladimir Mitin, Andrei Sergeev, og Nizami Vagidov (University of Buffalo i Buffalo, New York), og Kitt Reinhardt (AFOSR/NE i Arlington, Virginia) har offentliggjort deres undersøgelse om den øgede solcelleeffektivitet i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

I deres undersøgelse, forskerne studerede heterostruktursolceller med InAs/GaAs kvanteprikker. Som fotovoltaiske materialer, kvanteprikkerne giver mulighed for at høste den infrarøde stråling for at omdanne den til elektrisk energi. Imidlertid, kvanteprikkerne øger også rekombinationen af ​​fotobærere og mindsker fotostrømmen. Af denne grund, indtil nu er forbedringen af ​​solcelleeffektiviteten på grund af kvanteprikker blevet begrænset med flere procent.

Her, forskerne har foreslået at oplade kvanteprikker ved at bruge selektiv interdot-doping. I deres eksperimenter, forskerne sammenlignede dopingniveauer på 2, 3, og 6 ekstra elektroner pr. kvantepunkt, hvilket resulterede i en fotovoltaisk effektivitetsforøgelse på 4,5 %, 30 %, og 50 %, henholdsvis, sammenlignet med en udopet solcelle. For 6-elektron dopingniveau, at 50 % stigning svarer til en samlet effektivitetsforøgelse fra 9,3 % (for udopede solceller) til 14 %.

Forskerne tilskrev denne radikale forbedring af den fotovoltaiske effektivitet til to grundlæggende effekter. Først, den indbyggede prikladning inducerer forskellige overgange af elektronerne og forbedrer høsten af ​​den infrarøde stråling. Sekund, den indbyggede prikladning skaber potentielle barrierer omkring prikker, og disse barrierer undertrykker indfangningsprocesser for elektroner og tillader dem ikke at vende tilbage til prikkerne. Effekten af ​​potentielle barrierer er tidligere blevet brugt af forskerne til at forbedre følsomheden af ​​infrarøde detektorer.

Ud over, Forskerne forudser, at en yderligere forøgelse af dopingniveauet vil føre til en endnu stærkere effektivitetsforøgelse, da der ikke var tegn på mætning. I fremtiden, forskerne planlægger yderligere at undersøge, hvordan disse effekter påvirker hinanden ved højere dopingniveauer. De forudsiger, at yderligere forøgelse af dopingniveauet og strålingsintensiteten vil føre til en endnu stærkere effektivitetsforøgelse, da der ikke var tegn på mætning.

"Metoden og principperne udviklet under denne forskning kan anvendes på en række fotovoltaiske enheder med kvantepunkter og nanokrystaller, såsom polymerplastceller og farvesensibiliserede porøse metaloxid-Gratzel-celler, ” fortalte Dr. Sergeev PhysOrg.com . "Effektiv høst og konvertering af infrarød stråling på grund af optimeret elektron-hul-kinetik i strukturer med kvanteprikker og nanokrystaller vil føre til potentielle gennembrud inden for omdannelse af solenergi."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.