Forskere tilbereder billig kvantepunktsolmaling

(PhysOrg.com) -- Det tager typisk en dag eller to at forberede kvantepunktsolceller i den konventionelle multifilm-arkitektur. Nu reducerer et team af forskere forberedelsestiden for kvanteprik-solceller til mindre end en time ved at ændre formen til en etlags kvanteprik-solmaling. Selvom malingsformen i øjeblikket er omkring fem gange mindre effektiv end den højeste registrerede effektivitet for multifilmformen, forskerne forudser, at effektiviteten kan forbedres, hvilket kunne føre til en enkel og økonomisk bæredygtig måde at klargøre solceller på.

Forskerne, Mathew P. Genovese fra University of Waterloo i Canada, med Ian V. Lightcap og Prashant V. Kamat fra Radiation Laboratory og Institut for Kemi og Biokemi ved University of Notre Dame i Indiana, vil offentliggøre deres undersøgelse i et kommende nummer af ACS Nano .

Den nye solmaling, som forskerne humoristisk kalder "Sun Believable solar paint, ” består af en gul eller brun pasta lavet af kvanteprikker. Den lille størrelse af disse små halvleder nanokrystaller gør det muligt at fange næsten alt indfaldende synligt sollys med et ekstremt tyndt lag af prikker. Forskerne eksperimenterede med tre typer kvanteprikker:CdS, CdSe, og TiO ₂ , som alle er pulverlignende, med vand og tert-butanol som opløsningsmiddel. Som Kamat forklarede, alle kommercielle malinger er TiO ₂ nanopartikelbaserede suspensioner. Men i stedet for at tilsætte farvestof for at give malingen den ønskede farve, her tilføjede forskerne farvede halvledernanokrystaller til solmalingen for at opnå de ønskede optiske og elektroniske egenskaber.

"Kvanteprikker er halvledernanokrystaller, som udviser størrelsesafhængige optiske og elektroniske egenskaber, ” fortalte Kamat PhysOrg.com . "I en kvanteprik-sensibiliseret solcelle, excitationen af ​​halvlederkvanteprikker eller halvledernanokrystal efterfølges af elektroninjektion i TiO ₂ nanopartikler. Disse elektroner overføres derefter til opsamlingselektrodens overflade for at generere fotostrøm. De huller, der er tilbage i halvlederens kvantepunkt, fjernes af en hulleder eller redoxpar og transporteres til en modelektrode. ”

Som Kamat forklarer, solmaling har fordele i enkelhed, økonomi, og stabilitet sammenlignet med multifilm solcellearkitekturer. Mens forberedelse af en kvanteprikfilm som en solcelle normalt kræver flere tidskrævende trin, solceller i malingsform kan blot pensles på en overflade i ét trin.

"Hvis vi kan optimere malingsforberedelsen, det burde være muligt for enhver at åbne en flaske (eller en dåse i det lange løb) og påføre den på en ledende overflade, " han sagde. "Dette vil mindske variabiliteten mellem laboratorium til laboratorium eller person til person, som man møder i en flertrinsproces. At have færre fremstillingstrin og omgivende forberedende forhold burde give en økonomisk levedygtig transformativ teknologi."

Forskerne eksperimenterede med flere forskellige kombinationer og forhold mellem kvanteprikkerne for at lave forskellige malingsblandinger. De fandt, at en sammensætning af blandet CdS/TiO ₂ og CdSe/TiO ₂ nanopartikler opnår den bedste ydeevne, især når CdS og CdSe er deponeret direkte på TiO ₂ nanopartikler som belægning. Ved belægning på en glaselektrode, malingen har en samlet effektkonverteringseffektivitet på over 1 %. Selvom nogle multifilm kvanteprikkersolceller har en effektivitet på mere end 5 %, forskerne mener, at brug af forskellige kvanteprikker og yderligere optimering kan øge malingens effektivitet markant.

"Omhyggelig kontrol af partikelstørrelse og bedre elektrontransport gennem TiO ₂ netværk skal gøre os i stand til at maksimere effektiviteten, " sagde Kamat. "Vi vil også udvide absorptionsområdet til nær IR ved at bruge halvledere som PbS og PbSe. Vores kortsigtede mål er at opnå effektivitetsgevinster på mere end 5 %, sammenlignelig med andre halvleder nanokrystal-baserede solceller."

Den nye solmaling er det første skridt i retning af at udvikle en solteknologi, der potentielt kan have vidtgående anvendelsesmuligheder. Nogle anvendelser kan omfatte maling af elektroniske enheder såsom mobiltelefoner og computere, ud over hustage, vinduer, og biler. Anvendelser i stor skala kunne bruges til at bygge solfarme i ørkener.

"Målet er at fremstille en solmaling, der har lang holdbarhed, " sagde Kamat. "I vores laboratorier har vi testet ydeevnen i et par dage til en uge, og vi finder den stabil, så længe den opbevares i mørke. Yderligere test er i gang for at undersøge langtidsstabiliteten af ​​malinger med forskellige sammensætninger."

For at udvikle et kommercielt produkt, forskerne skal stadig arbejde på to andre komponenter i solcellemalingen.

"Solmalingen udviklet i denne undersøgelse er kun en komponent af solcellen, " sagde Kamat. "De to andre komponenter, der skal videreudvikles, er et hulledende lag og et modelektrodenetværk. Vi vil fortsætte temaet om enkelhed og alsidighed for at udvikle disse to resterende trin. Denne undersøgelse er det første skridt i udviklingen af ​​en transformativ teknologi til solceller."

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.