Nanokrystaller udvider rækkevidden af ​​solcellelysenergi til ultraviolette og infrarøde områder

Almindelige solceller lavet af krystallinsk silicium kan kun få adgang til omkring halvdelen af ​​det samlede sollysspektrum til omdannelse af lysenergi til elektricitet. Søger efter mere effektive materialer, Kinesiske forskere har nu kombineret tre halvledende sulfidkrystaller til et ternært nanostruktureret fotovoltaisk system, der absorberer bestråling fra ultraviolet til nær infrarøde områder. Som de beretter i journalen Angewandte Chemie , nanoroderne omdanner effektivt fuldspektret lysenergi til elektrisk strøm. Denne opdagelse markerer et nyt niveau i udviklingen af ​​mere effektive solceller.

Det fotovoltaiske materiale, der er mest almindeligt anvendt i dag, er krystallinsk silicium, men det absorberer kun sollys effektivt i det synlige område. Andre halvledende materialer dækker lidt forskellige områder af solspektret, men de mest effektive fotovoltaiske materialer ville klart være dem, der omfatter alle områder fra ultraviolet til infrarødt. Shu-Hong Yu og Jun Jiang og deres samarbejdspartnere ved University of Science and Technology of China i Hefei har nu introduceret et nanostruktureret system lavet af tre sulfidkrystaller. Det ternære hybridmateriale af zink, cadmium, og kobbersulfider absorberer effektivt det ultraviolette, synlig, og nær infrarødt lys, og den segmenterede node-skede-struktur af de bittesmå stænger giver den ideelle energibåndjustering for en effektiv akkumulering af ladningsbærere.

Grundlaget for dette fotoopsamlingssystem er stænger af zinksulfid i nanostørrelse, hvorpå krystallinske hylstre af cadmiumsulfid er aflejret som et arrangement af perler. Zinksulfidbasis giver UV-absorption, mens cadmiumsulfidet dækker området med synligt lys. Som en tredje komponent til IR-absorption, forskerne valgte kobbersulfid -nanokrystaller med kobbermangel, da dette materiale er kendt for at have en særlig type absorption i det nær-infrarøde område kaldet overfladeplasmonresonans. "Disse heteronanorods absorberer næsten hele spektret af solenergi, "rapporterer forskerne.

For at teste funktionaliteten af ​​nanoroderne, forskerne målte deres ydeevne i en fotoelektrokemisk vandspaltningscelle. Ved fuldspektret belysning, fotostrømmens respons blev udtalt, som var et første eksperimentelt bevis for det vellykkede design af deres solcellemateriale. En af de afgørende resultater af dette arbejde, imidlertid, var den korrekte justering af de følsomme heterojunctions, der forbinder de forskellige halvledende strukturer for at justere energigabene i de halvledende materialer. "En sådan forskudt justering muliggør adskillelse af de fotogenererede elektroner og huller i den ternære hybride nanostruktur, " siger forfatterne. Selvom der skal udføres yderligere eksperimenter, dette ternære halvledende system kan betragtes som et vigtigt skridt mod en ny generation af effektive solceller, der dækker regnbuens farver og videre.