(PhysOrg.com) - Under de senaste åren har forskare har använt kvantprickar för att öka ljusabsorptionen och den totala effektiviteten hos solceller. Nu, forskare har tagit ett steg längre, visar att kvantprickar med inbyggd elektrisk laddning kan öka effektiviteten hos InAs/GaAs kvantpunktsolceller med 50% eller mer.

Forskarna, Kimberly Sablon och John W. Little (US Army Research Laboratory i Adelphi, Maryland), Vladimir Mitin, Andrei Sergeev, och Nizami Vagidov (University of Buffalo i Buffalo, New York), och Kitt Reinhardt (AFOSR/NE i Arlington, Virginia) har publicerat sin studie om den ökade solcellseffektiviteten i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .

I deras studie, forskarna studerade heterostrukturerade solceller med InAs/GaAs kvantprickar. Som solcellsmaterial, kvantprickarna möjliggör skörd av den infraröda strålningen för att omvandla den till elektrisk energi. Dock, kvantprickarna förbättrar också rekombinationen av fotobärare och minskar fotoströmmen. Av denna anledning, fram till nu har förbättringen av solcellseffektiviteten på grund av kvantprickar begränsats med flera procent.

Här, forskarna har föreslagit att ladda kvantprickar genom att använda selektiv interdot -dopning. I deras experiment, forskarna jämförde dopningsnivåerna 2, 3, och ytterligare 6 elektroner per kvantpunkt, vilket resulterade i fotovoltaiska effektivitetsökningar på 4,5%, 30%, och 50%, respektive, jämfört med en odopad solcell. För dopningsnivån på 6 elektroner, att 50% ökning motsvarar en övergripande effektivitetsökning från 9,3% (för oändliga solceller) till 14%.

Forskarna tillskrev denna radikala förbättring av solcellseffektiviteten till två grundläggande effekter. Först, den inbyggda punktladdningen inducerar olika övergångar av elektronerna och förbättrar skörden av den infraröda strålningen. Andra, den inbyggda punktladdningen skapar potentiella barriärer runt prickar och dessa barriärer undertrycker infångningsprocesser för elektroner och tillåter dem inte att återvända till prickarna. Effekten av potentiella hinder har tidigare använts av forskarna för att förbättra känsligheten hos infraröda detektorer.

Dessutom, forskarna förutspår att ytterligare höjning av dopningsnivån kommer att leda till en ännu starkare effektivitetsförbättring, eftersom det inte fanns några tecken på mättnad. I framtiden, forskarna planerar att ytterligare undersöka hur dessa effekter påverkar varandra vid högre dopningsnivåer. De förutspår att ytterligare höjning av dopningsnivån och strålningsintensiteten kommer att leda till en ännu starkare effektivitetsförbättring, eftersom det inte fanns några tecken på mättnad.

”Metoden och principerna som utvecklats under denna forskning är tillämpliga på ett antal fotovoltaiska enheter med kvantprickar och nanokristaller, såsom polymerplastceller och färgämneskänsliga porösa metalloxid Gratzel-celler, ”Berättade doktor Sergejev PhysOrg.com . "Effektiv skörd och omvandling av infraröd strålning på grund av optimerad elektronhålskinetik i strukturer med kvantprickar och nanokristaller kommer att leda till potentiella genombrott inom området solenergiomvandling."

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.