(PhysOrg.com) - Studier gjorda av Mark Lusk och kollegor vid Colorado School of Mines kan avsevärt förbättra solcellernas effektivitet. Deras senaste arbete beskriver hur storleken på ljusabsorberande partiklar-kvantprickar-påverkar partiklarnas förmåga att överföra energi till elektroner för att generera elektricitet.

Resultaten publiceras i aprilnumret av tidskriften ACS Nano .

Förskottet ger bevis för en kontroversiell idé, kallad multipel-exciton-generation (MEG), vilket teoretiserar att det är möjligt för en elektron som har absorberat ljusenergi, kallas exciton, att överföra den energin till mer än en elektron, vilket resulterar i mer elektricitet från samma mängd absorberat ljus.

Kvantprickar är konstgjorda atomer som begränsar elektroner till ett litet utrymme. De har atomliknande beteende som resulterar i ovanliga elektroniska egenskaper på en nanoskala. Dessa unika egenskaper kan vara särskilt värdefulla för att skräddarsy hur ljus interagerar med materia.

Experimentell verifiering av kopplingen mellan MEG och kvantprickstorlek är ett hett ämne på grund av stor variation i tidigare publicerade studier. Möjligheten att generera en elektrisk ström efter MEG får nu stor uppmärksamhet eftersom detta kommer att vara en nödvändig komponent i alla kommersiella realiseringar av MEG.

För denna studie, Lusk och medarbetare använde en National Science Foundation (NSF) -stödda högpresterande datorkluster för att kvantifiera sambandet mellan MEG-hastigheten och kvantpunktstorleken.

De fann att varje prick har en bit av solspektrumet för vilket den är bäst lämpad att utföra MEG och att mindre prickar utför MEG för sin skiva mer effektivt än större prickar. Detta innebär att solceller gjorda av kvantprickar specifikt anpassade till solspektrumet skulle vara mycket mer effektiva än solceller gjorda av material som inte är tillverkat med kvantprickar.

Enligt Lusk, "Vi kan nu designa nanostrukturerade material som genererar mer än en exciton från en enda foton av ljus, utnyttja en stor del av energin som annars bara skulle värma upp en solcell. "

Forskargruppen, som inkluderar deltagande från National Renewable Energy Laboratory, är en del av NSF-finansierade Renewable Energy Materials Research Science and Engineering Center vid Colorado School of Mines i Golden, Colo. Centret fokuserar på material och innovationer som avsevärt kommer att påverka förnybar energiteknik. Att utnyttja de unika egenskaperna hos nanostrukturerade material för att förbättra prestanda för solpaneler är ett område av särskilt intresse för centrum.

"Dessa resultat är spännande eftersom de går långt mot att lösa en mångårig debatt inom området, "sa Mary Galvin, en programchef för avdelningen för materialforskning vid NSF. "Lika viktigt, de kommer att bidra till upprättandet av nya designtekniker som kan användas för att effektivisera solceller. "