Ny race af solceller:Quantum-dot fotovoltaik sætter ny rekord for effektivitet i sådanne enheder

Solcelleteknologi har udviklet sig hurtigt, da hundredvis af grupper rundt om i verden forfølger mere end to dusin tilgange ved hjælp af forskellige materialer, teknologier, og metoder til at forbedre effektiviteten og reducere omkostningerne. Nu har et team på MIT sat en ny rekord for de mest effektive quantum-dot-celler-en type solceller, der ses som særligt lovende på grund af dens iboende lave omkostninger, alsidighed, og letvægt.

Selvom den samlede effektivitet af denne celle stadig er lav sammenlignet med andre typer - omkring 9 procent af sollysets energi omdannes til elektricitet - er forbedringstakten for denne teknologi en af ​​de hurtigste set for en solteknologi. Udviklingen er beskrevet i et papir, offentliggjort i tidsskriftet Naturmaterialer , af MIT-professorer Moungi Bawendi og Vladimir Bulović og kandidatstuderende Chia-Hao Chuang og Patrick Brown.

Den nye proces er en forlængelse af arbejdet fra Bawendi, Lester Wolfe professor i kemi, at producere kvanteprikker med præcist kontrollerbare egenskaber - og som ensartede tynde belægninger, der kan påføres andre materialer. Disse små partikler er meget effektive til at omdanne lys til elektricitet, og omvendt. Siden den første fremgang mod brugen af ​​kvantepunkter til fremstilling af solceller, Bawendi siger, "Samfundet, i de sidste par år, er begyndt at forstå bedre, hvordan disse celler fungerer, og hvad begrænsningerne er. "

Det nye arbejde repræsenterer et betydeligt spring i at overvinde disse begrænsninger, øge strømmen i cellerne og dermed øge deres overordnede effektivitet ved omdannelse af sollys til elektricitet.

Mange tilgange til at skabe billige, fleksible og lette solceller med stort område lider af alvorlige begrænsninger-såsom korte levetider, når de udsættes for luft, eller behovet for høje temperaturer og vakuumkamre under produktionen. Derimod, den nye proces kræver ikke en inert atmosfære eller høje temperaturer for at vokse de aktive enhedslag, og de resulterende celler viser ingen nedbrydning efter mere end fem måneders opbevaring i luft.

Bulović, Fariborz Maseeh -professor i Emerging Technology og associeret dekan for innovation på MIT's School of Engineering, forklarer, at tynde belægninger af kvantepunkter "giver dem mulighed for at gøre, hvad de gør som individer - for at absorbere lys meget godt - men også fungere som en gruppe, til transportafgifter. "Dette gør det muligt at opkræve disse afgifter ved kanten af ​​filmen, hvor de kan udnyttes til at levere en elektrisk strøm.

Det nye arbejde samler udviklingen fra flere områder for at skubbe teknologien til en hidtil uset effektivitet for et quantum-dot-baseret system:Papirets fire medforfattere kommer fra MIT's fysiske afdelinger, kemi, materialevidenskab og teknik, og elektroteknik og datalogi. Solcellen produceret af teamet er nu føjet til National Renewable Energy Laboratories 'liste over rekordhøje effektiviteter for hver slags solcelleteknologi.

Den samlede effektivitet af cellen er stadig lavere end for de fleste andre typer solceller. Men Bulović påpeger, "Silicon havde seks årtier til at nå, hvor det er i dag, og selv silicium har ikke nået den teoretiske grænse endnu. Du kan ikke håbe på at få en helt ny teknologi til at slå en etableret på bare fire års udvikling. "Og den nye teknologi har vigtige fordele, især en fremstillingsproces, der er langt mindre energikrævende end andre typer.

Chuang tilføjer, "Hver del af cellen, undtagen elektroderne for nu, kan afsættes ved stuetemperatur, i luften, ude af løsningen. Det er virkelig uden fortilfælde. "

Systemet er så nyt, at det også har potentiale som et værktøj til grundforskning. "Der er meget at lære om, hvorfor det er så stabilt. Der er meget mere, der skal gøres, at bruge det som et testbed for fysik, for at se, hvorfor resultaterne nogle gange er bedre, end vi forventer, "Siger Bulović.

Et ledsagende papir, skrevet af tre medlemmer af det samme team sammen med MIT's Jeffrey Grossman, Carl Richard Soderberg lektor i kraftteknik, og tre andre, fremgår denne måned i journalen ACS Nano , mere detaljeret forklarer videnskaben bag den strategi, der bruges til at nå dette effektivitetsgennembrud.

Det nye værk repræsenterer en vending for Bawendi, som havde brugt meget af sin karriere på at arbejde med kvantepunkter. ”Jeg var lidt af en skeptiker for fire år siden, "siger han. Men hans teams forskning siden da har tydeligt vist kvanteprikkers potentiale i solceller, tilføjer han.

Arthur Nozik, en professor i kemi ved University of Colorado, som ikke var involveret i denne forskning, siger, "Dette resultat repræsenterer et betydeligt fremskridt for anvendelsen af ​​kvanteprikfilm og teknologien til lavtemperatur, løsning-behandlet, quantum-dot fotovoltaiske celler. ... Der er stadig en lang vej at gå, før solceller med kvantepunkter er kommercielt levedygtige, men denne seneste udvikling er et godt skridt mod dette ultimative mål. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.