Gennembrud lover væsentligt mere effektive solceller

En ny teknik udviklet af U of T Engineering Professor Ted Sargent og hans forskergruppe kan føre til væsentligt mere effektive solceller, ifølge et nyligt papir offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Papiret, "Fælles-tunede plasmonisk-eksitoniske solceller ved hjælp af nanoskaller, "beskriver en ny teknik til at forbedre effektiviteten i kolloide kvanteprikker solceller, en teknologi, der allerede lover billig, mere effektiv solcelleteknologi. Quantum dot solcelleanlæg giver mulighed for lave omkostninger, solenergi i stort område – men disse enheder er endnu ikke særlig effektive i den infrarøde del af solens spektrum, som er ansvarlig for halvdelen af ​​solens kraft, der når Jorden.

Løsningen? Spektralt indstillet, opløsningsbehandlede plasmoniske nanopartikler. Disse partikler, siger forskerne, giver hidtil uset kontrol over lysets udbredelse og absorption.

Den nye teknik udviklet af Sargents gruppe viser en mulig stigning på 35 procent i teknologiens effektivitet i det nær-infrarøde spektralområde, siger medforfatter Dr. Susanna Thon. Samlet set, dette kunne oversætte til en stigning i effektiviteten af ​​solenergikonvertering på 11 procent, hun siger, gør quantum dot solcelleanlæg endnu mere attraktivt som et alternativ til de nuværende solcelleteknologier.

"Der er to fordele ved kolloide kvanteprikker, " siger Thon. "Først, de er meget billigere, så de reducerer omkostningerne ved elproduktion målt i pris pr. watt strøm. Men den største fordel er, at ved blot at ændre størrelsen af ​​kvanteprikken, du kan ændre dets lysabsorptionsspektrum. Det er meget nemt at ændre størrelsen, og denne størrelsesjustering er en egenskab, der deles af plasmoniske materialer:ved at ændre størrelsen af ​​de plasmoniske partikler, vi var i stand til at overlappe absorptions- og spredningsspektrene for disse to nøgleklasser af nanomaterialer."

Sargents gruppe opnåede den øgede effektivitet ved at indlejre guld nanoskaller direkte i quantum dot absorber-filmen. Selvom guld normalt ikke betragtes som et økonomisk materiale, Andet, billigere metaller kan bruges til at implementere det samme koncept, som Thon og hendes medarbejdere har bevist.

Hun siger, at den nuværende forskning giver et principbevis. "Folk har forsøgt at udføre lignende arbejde, men problemet har altid været, at det metal, de bruger, også absorberer noget lys og ikke bidrager til fotostrømmen - så det er bare tabt lys."

Der skal arbejdes mere, tilføjer hun. "Vi ønsker at opnå mere optimering, og vi er også interesserede i at se på billigere metaller for at bygge en bedre celle. Vi vil også gerne målrette bedre mod, hvor fotoner absorberes i cellen - dette er vigtigt solcelleanlæg, fordi du vil absorbere så mange fotoner, som du kan, så tæt på den ladningsopsamlende elektrode, som du overhovedet kan."

Forskningen er også vigtig, fordi den viser potentialet i at tune nanomaterialeegenskaber for at nå et bestemt mål, siger Paul Weiss, Direktør for California NanoSystems Institute ved University of California, Los Angeles (UCLA).

"Dette arbejde er et godt eksempel på at opfylde løftet om nanovidenskab og nanoteknologi, " siger Weiss. "Ved at udvikle midlerne til at justere egenskaberne af nanomaterialer, Sargent og hans medarbejdere har været i stand til at foretage væsentlige forbedringer i en vigtig enhedsfunktion, nemlig at fange et bredere spektrum af solspektret mere effektivt."