Kvantprickar, representerade här, som har rätt storlek kommer att fånga mer solljus, gör den tillgänglig för solceller. Kredit:Laszlo Frazer
Forskare i Australien har utvecklat en process för att beräkna den perfekta storleken och tätheten av kvantprickar som behövs för att uppnå rekordeffektivitet i solpaneler.
Kvantprickar, konstgjorda nanokristaller 100, 000 gånger tunnare än ett pappersark, kan användas som ljussensibilisatorer, absorberar infrarött och synligt ljus och överför det till andra molekyler.
Detta skulle kunna göra det möjligt för nya typer av solpaneler att fånga mer av ljusspektrumet och generera mer elektrisk ström, genom en process av "ljusfusion" känd som fotokemisk uppkonvertering.
Forskarna, från ARC Center of Excellence in Exciton Science, använde blysulfidkvantprickar i sitt exempel. Algoritmen är gratis att komma åt och deras resultat har publicerats i tidskriften Nanoskala .
Betydligt nog, befintliga uppkonverteringsresultat som uppnåtts av testenheter som använder organiska sensibilisatorer som inte fungerar med kiselsolceller – för närvarande den vanligaste typen av solcellsteknik – på grund av deras oförmåga att absorbera mycket av den infraröda delen av ljusspektrumet.
Att använda rätt storlek och densitet av blysulfidkvantprickar som sensibilisatorer skulle inte bara leda till effektivitetsökningar utan också vara kompatibelt med nästan all befintlig och planerad solcellsteknik.
Dessa fynd indikerar att när det gäller kvantprickstorleken, det är inte så enkelt som att större betyder bättre.
Med hjälp av en grundläggande teori, en större kvantprick kan tyckas kunna fånga fler av solljusets färger, eller mer ljus av en viss våglängd, och kunna hjälpa till att skapa en enhet med högre effektivitet.
Forskarna, fastän, har tagit hänsyn till flera praktiska begränsningar för kvantprickstorlek.
För att utöka utbudet av färger som kiselsolceller kan använda, forskare kombinerar två delar av ljus tillsammans. Kredit:Återges från Sherrie et al. Nanoskala , 2020, Förhandsartikel med tillstånd från Royal Society of Chemistry.
Viktigast, den nära infraröda delen av solljus på jordens yta har en komplicerad struktur, påverkas av vatten i atmosfären och solens värme.
Detta betyder att färgen på kvantpunkten måste ställas in för att matcha topparna av solljus, som att justera ett musikinstrument till en viss tonhöjd.
Enligt motsvarande författare Dr. Laszlo Frazer, arbetet visar att en fullständig bild av de förhållanden som påverkar solcellsprestanda, från stjärnan i mitten av vårt solsystem till partiklar i nanoskala, är nödvändigt för att uppnå maximal effektivitet.
"Hela det här kräver förståelse för solen, atmosfären, solcellen och kvantpunkten, " han sa.
Även om de förväntade effektivitetsökningarna som visas av dessa resultat förblir blygsamma, de potentiella fördelarna är betydande, eftersom de kan användas i nästan alla solenergiapparater, inklusive de som är gjorda av kisel.
Nästa steg för forskare är att designa och skapa sändare som mest effektivt överför energi från de optimerade kvantpricksensibilisatorerna.
"Detta arbete säger oss mycket om att fånga ljus, sa Laszlo.
"Att släppa den igen är något som behöver förbättras mycket. Det finns definitivt ett behov av multidisciplinära bidrag här."
Författaren Benedicta Sherrie från Monash University sa:"Mer arbete måste göras för att bygga solcellsprototyperna med dessa sensibilisatorer (och förhoppningsvis med lämpliga utsändare), och att testa dem.
"Jag hoppas att den här forskningen så småningom kommer att tillåta samhället att lita mer på solcellsenergi som inte bara är effektiv, men också överkomligt."
