Konventionell solcellseffektivitet skulle kunna ökas från den nuvarande gränsen på 30 procent till mer än 60 procent, föreslår ny forskning om halvledarnanokristaller, eller kvantprickar, ledd av kemisten Xiaoyang Zhu vid University of Texas i Austin.

Zhu och hans kollegor rapporterar sina resultat i veckans Vetenskap .

Forskarna har upptäckt en metod för att fånga solljus med högre energi som går förlorad som värme i konventionella solceller.

Den maximala verkningsgraden för den kiselsolcell som används idag är cirka 31 procent. Det beror på att mycket av energin från solljus som träffar en solcell är för hög för att omvandlas till användbar el. Den energin, i form av så kallade "heta elektroner, "försvinner som värme.

Om solljus med högre energi, eller mer specifikt de heta elektronerna, kunde fångas, effektiviteten för omvandling av sol-till-elektrisk energi skulle teoretiskt kunna ökas till så högt som 66 procent.

"Det behövs några steg för att skapa vad jag kallar denna 'ultimat solcell,' '" säger Zhu, professor i kemi och föreståndare för Centrum för materialkemi. "Först, kylningshastigheten för heta elektroner måste saktas ner. Andra, vi måste kunna ta tag i de heta elektronerna och använda dem snabbt innan de förlorar all sin energi."

Zhu säger att halvledarnanokristaller, eller kvantprickar, är lovande för dessa ändamål.

När det gäller det första problemet, ett antal forskargrupper har föreslagit att kylning av heta elektroner kan bromsas i halvledarnanokristaller. I en tidning från 2008 i Vetenskap , en forskargrupp från University of Chicago visade att detta otvetydigt stämmer för kolloidala halvledarnanokristaller.

Zhus team har nu listat ut nästa kritiska steg:hur man tar ut dessa elektroner.

De upptäckte att heta elektroner kan överföras från fotoexciterade blyselenidnanokristaller till en elektronledare gjord av allmänt använd titandioxid.

"Om vi ​​tar ut de heta elektronerna, vi kan arbeta med dem, " säger Zhu. "Demonstrationen av denna heta elektronöverföring fastställer att en högeffektiv solcell med heta bärare inte bara är ett teoretiskt koncept, men en experimentell möjlighet."

Forskarna använde kvantprickar gjorda av blyselenid, men Zhu säger att deras metoder kommer att fungera för kvantprickar gjorda av andra material, för.

Han varnar för att detta bara är ett vetenskapligt steg, och att mer vetenskap och mycket ingenjörskonst måste göras innan världen ser en 66 procent effektiv solcell.

Särskilt, det finns en tredje del av det vetenskapliga pusslet som Zhu arbetar med:att ansluta till en elektrisk ledande tråd.

"Om vi ​​tar ut elektroner från solcellen som är så snabba, eller varm, vi förlorar också energi i tråden som värme, " säger Zhu. "Vårt nästa mål är att justera kemin vid gränssnittet till den ledande tråden så att vi kan minimera denna ytterligare energiförlust. Vi vill fånga det mesta av solljusets energi. Det är den ultimata solcellen.

"Fossila bränslen har en stor miljökostnad, " säger Zhu. "Det finns ingen anledning att vi inte kan använda solenergi till 100 procent inom 50 år."