Gennembrud i kolloide kvanteprikfilm fører til rekordeffektivitet for næste generations solceller

Forskere fra University of Toronto og King Abdullah University of Science &Technology (KAUST) har gjort et gennembrud i udviklingen af ​​kolloide kvanteprikker (CQD) film, fører til den mest effektive CQD-solcelle nogensinde. Deres arbejde er omtalt i et brev offentliggjort i Natur nanoteknologi.

Forskerne, ledet af U of T Engineering Professor Ted Sargent, skabt en solcelle af billige materialer, der blev certificeret til en verdensrekordeffektivitet på 7,0 %.

"Tidligere quantum dot solceller er blevet begrænset af de store indre overfladearealer af nanopartiklerne i filmen, hvilket gjorde det vanskeligt at udvinde elektricitet, " sagde Dr. Susanna Thon, en ledende medforfatter af papiret. "Vores gennembrud var at bruge en kombination af organisk og uorganisk kemi til fuldstændigt at dække alle de udsatte overflader."

Kvanteprikker er halvledere på kun få nanometer store og kan bruges til at høste elektricitet fra hele solspektret – inklusive både synlige og usynlige bølgelængder. I modsætning til nuværende langsom og dyre halvledervækstteknikker, CQD-film kan laves hurtigt og til lave omkostninger, ligner maling eller blæk. Denne forskning baner vejen for solceller, der kan fremstilles på fleksible underlag på samme måde, som aviser hurtigt trykkes i massemængder.

T-cellens U repræsenterer en stigning på 37 % i effektivitet i forhold til den tidligere certificerede rekord. For at forbedre effektiviteten, forskerne havde brug for en måde at både reducere antallet af "fælder" for elektroner forbundet med dårlig overfladekvalitet og samtidig sikre, at deres film var meget tætte for at absorbere så meget lys som muligt. Løsningen var en såkaldt "hybridpassiveringsordning".

"Ved at introducere små kloratomer umiddelbart efter syntetisering af prikkerne, vi er i stand til at lappe de tidligere uopnåelige afkroge, der fører til elektronfælder, " forklarede ph.d.-studerende og hovedmedforfatter Alex Ip. "Vi følger det ved at bruge korte organiske linkere til at binde kvanteprikker i filmen tættere sammen."

Arbejdet ledet af professor Aram Amassian fra KAUST viste, at den organiske ligandudveksling var nødvendig for at opnå den tætteste film.

"KAUST-gruppen brugte avancerede synkrotronmetoder med subnanometer opløsning til at skelne strukturen af ​​filmene og bevise, at hybridpassiveringsmetoden førte til de tætteste film med de tættestpakkede nanopartikler, " sagde professor Amassian.

Fremskridtet åbner mange muligheder for yderligere forskning og forbedring af enhedseffektivitet, som kunne bidrage til en lys fremtid med pålidelige, lavpris solenergi.

Ifølge professor Sargent, "Vores verden har et presserende behov for innovative, omkostningseffektive måder at omdanne solens rigelige energi til brugbar elektricitet. Dette arbejde viser, at de rigelige materialers grænseflader inde i kolloide kvanteprikker kan mestres på en robust måde, beviser, at lave omkostninger og stadigt forbedrede effektiviteter kan kombineres."