Fanger mere af solen

Ved at kombinere kvanteprikker og organiske molekyler kan solcellerne fange mere af solens lys.

Lys fra solen er vores mest udbredte kilde til vedvarende energi, og at lære, hvordan man bedst høster denne stråling, er nøglen til verdens fremtidige strømbehov. Forskere ved KAUST har opdaget, at solcellers effektivitet kan øges ved at kombinere uorganiske halvledernanokrystaller med organiske molekyler.

Kvanteprikker er krystaller, der kun måler omkring 10 nanometer på tværs. En elektron fanget af prikken har helt andre egenskaber end dem for en elektron, der er fri til at bevæge sig gennem et større materiale.

"En af de største fordele ved kvanteprikker til solcelleteknologier er deres optiske egenskabers indstillingsmuligheder, " forklarede KAUST adjunkt i kemividenskab Omar Mohammed. "De kan kontrolleres ved at variere størrelsen af ​​kvanteprikken."

Mohammed og hans kolleger er ved at udvikle blysulfid-kvanteprikker til høst af optisk energi; disse har tendens til at være større end prikker lavet af andre materialer. Derfor, blysulfid kvanteprikker kan absorbere lys over et bredere frekvensområde. Det betyder, at de kan absorbere en større del af lyset fra solen sammenlignet med andre mindre prikker.

For at lave en fuldt fungerende solcelle, elektroner skal være i stand til at bevæge sig væk fra kvantepunktabsorptionsområdet og strømme mod en elektrode. Ironisk, egenskaben ved store blysulfid-kvanteprikker, der gør dem nyttige til bredbåndsabsorption - et mindre elektronenergibånd - hindrer også denne energiindsamlingsproces. Tidligere, effektiv elektronoverførsel var kun blevet opnået for blysulfid kvanteprikker mindre end 4,3 nanometer på tværs, hvilket forårsagede en afskæring i frekvensen af ​​konverteret lys.

Innovationen af ​​Mohammed og teamet var at blande blysulfid kvanteprikker af forskellige størrelser med molekyler fra en familie kendt som porfyriner. Forskerne viste, at ved at ændre det anvendte porfyrin, det er muligt at kontrollere ladningsoverførslen fra store blysulfidprikker; mens et molekyle helt slukkede for ladningsoverførsel, en anden muliggjorde overførsel med en hastighed hurtigere end 120 femtosekunder.

Holdet mener, at denne forbedring af evnen til at høste energi skyldes de elektrostatiske interfaciale interaktioner mellem den negativt ladede kvanteprikoverflade og det positivt ladede porphyrin.

"Med denne tilgang, vi kan nu udvide kvantepunktstørrelsen for effektiv ladningsoverførsel til at omfatte det meste af det nær-infrarøde spektralområde, når ud over den tidligere rapporterede cut-off, " sagde Mohammed. "Vi håber næste gang at implementere denne idé i solceller med forskellige arkitekturer for at optimere effektiviteten."