Guldlok og de tre kvanteprikker:Lige tilpas til maksimal solpanelydelse

Forskere i Australien har udviklet en proces til at beregne den perfekte størrelse og tæthed af kvanteprikker, der er nødvendige for at opnå rekordeffektivitet i solpaneler.

Kvanteprikker, menneskeskabte nanokrystaller 100, 000 gange tyndere end et ark papir, kan bruges som lyssensibilisatorer, absorberer infrarødt og synligt lys og overfører det til andre molekyler.

Dette kunne gøre det muligt for nye typer solpaneler at fange mere af lysspektret og generere mere elektrisk strøm, gennem en proces med 'lysfusion' kendt som fotokemisk opkonvertering.

Forskerne, fra ARC Center of Excellence in Exciton Science, brugte blysulfid kvanteprikker i deres eksempel. Algoritmen er gratis at få adgang til, og deres resultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet Nanoskala .

Væsentligt, eksisterende opkonverteringsresultater opnået af testenheder, der brugte organiske sensibilisatorer, der ikke fungerer sammen med siliciumsolceller - i øjeblikket den mest almindeligt tilgængelige type solcelleteknologi - på grund af deres manglende evne til at absorbere meget af den infrarøde del af lysspektret.

Brug af den rigtige størrelse og tæthed af blysulfid-kvanteprikker som sensibilisatorer ville ikke kun føre til effektivitetsforøgelser, men også være kompatibel med næsten al eksisterende og planlagt solcelleteknologi.

Disse resultater indikerer, at når det kommer til kvanteprikstørrelsen, det er ikke så simpelt som større betyder bedre.

Ved hjælp af en grundlæggende teori, en større kvanteprik kan se ud til at være i stand til at fange flere af sollysets farver, eller mere lys af en bestemt bølgelængde, og være i stand til at hjælpe med at skabe en enhed med højere effektivitet.

Forskerne, selvom, har taget højde for flere praktiske begrænsninger på kvanteprikstørrelse.

Mest vigtigt, den nære infrarøde del af sollys på jordens overflade har en kompliceret struktur, påvirket af vand i atmosfæren og solens varme.

Dette betyder, at farven på kvanteprikken skal indstilles til at matche toppen af ​​sollys, som at justere et musikinstrument til en bestemt tonehøjde.

Ifølge den tilsvarende forfatter Dr. Laszlo Frazer, arbejdet viser, at et komplet billede af de forhold, der påvirker solcellens ydeevne, fra stjernen i midten af ​​vores solsystem til nanoskala partikler, er nødvendigt for at opnå maksimal effektivitet.

"Hele det her kræver forståelse for solen, atmosfæren, solcellen og kvanteprikken, " han sagde.

Selvom de forventede effektivitetsforøgelser, som disse resultater viser, forbliver beskedne, de potentielle fordele er betydelige, da de kan bruges i næsten alle solceller, inklusive dem, der er lavet af silicium.

Det næste skridt for forskere er at designe og skabe emittere, der mest effektivt vil overføre energi fra de optimerede kvantepunktsensibilisatorer.

"Dette arbejde fortæller os meget om indfangning af lys, " sagde Laszlo.

"At udgive det igen er noget, der trænger til en masse forbedringer. Der er helt sikkert behov for tværfaglige bidrag her."

Forfatteren Benedicta Sherrie fra Monash University sagde:"Der skal arbejdes mere på at bygge solcelleprototyperne med disse sensibilisatorer (og forhåbentlig med de passende emittere), og at teste dem.

"Jeg håber, at denne forskning i sidste ende vil give samfundet mulighed for at stole mere på fotovoltaisk solenergi, der ikke kun er effektiv, men også overkommelig."