Oorganiska ytligander möjliggör enkel elektrontransport mellan kvantprickar och öppnade nya möjligheter för att använda nanostrukturer i solceller.
(PhysOrg.com) -- Ett team av forskare från University of Chicago och U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory har demonstrerat en metod som kan producera billigare halvledarskikt för solceller.
De oorganiska nanokristallerna, skapas genom att spraya en ny typ av kolloidalt "bläck", har utmärkt elektronrörlighet och kan vara ett steg mot att ta itu med grundläggande problem med nuvarande solteknik.
"Med dagens solteknik, om du vill få betydande mängder el, du skulle behöva bygga enorma installationer över många kvadratkilometer, " sa teamledaren Dmitri Talapin, som har ett gemensamt uppdrag med Argonne och universitetet. Men eftersom nuvarande solceller är baserade på kisel, som är dyrt och miljöovänligt att tillverka, de är inte kostnadseffektiva över stora ytor. Utmaningen för forskarna är att hitta ett sätt att tillverka ett stort antal solceller som är både effektiva och billiga.
En möjlighet att göra solceller mer ekonomiskt skulle vara att "skriva ut" dem, liknande hur tidningar trycks. "Du skulle använda ett slags "bläck, ' stämplad på med hjälp av en rullteknik med ett flexibelt substrat, " sa Talapin.
Solceller har flera lager av olika material staplade ovanpå varandra. Teamet fokuserade på det viktigaste lagret, som fångar solljus och omvandlar det till elektricitet. Detta lager, gjord av ett halvledande material, måste kunna omvandla ljus till negativa och positiva elektriska laddningar men också enkelt släppa dem för att röra sig längre längs materialet för att generera elektrisk ström.
Uppsättningar av kvantprickar tillåter tillverkning av solceller genom tryckning och andra billiga tekniker.
Många metoder för att odla halvledarna kräver höga temperaturer, men ett billigare tillvägagångssätt skulle vara att göra dem i lösning. Detta, dock, kräver en prekursor som är löslig.
Teamet utvecklade den föregångaren med hjälp av kvantprickar. Små korn av halvledare, suspenderad i en vätska, är "limmade" tillsammans med nya molekyler som kallas "molekylära metallkalkogenidkomplex". Processen värmer materialet till cirka 200 grader Celsius, mycket lägre än de temperaturer som krävs för tillverkning av kiselsolceller. Resultatet är ett lager av material med goda halvledande egenskaper.
"Elektronrörligheten för detta material är en storleksordning högre än vad som tidigare rapporterats för någon lösningsbaserad metod, " sa Talapin.
Teamet använde intensiva röntgenstrålar från DOE Office of Sciences Advanced Photon Source i Argonne för att se när halvledarfilmen skapades.
"Vi tror att vi skulle kunna göra mycket konkurrenskraftiga solceller med dessa nanopartiklar, " sa Talapin.
Talapin sa att framgången spelade på det kompletterande partnerskapet mellan University of Chicago och Argonne's Center for Nanoscale Materials. "På universitetet har vi fantastiska studenter och postdoktorer som kan mycket av den teoretiska kemin, som kräver mycket arbetskraft, "Talapin sa, "men Argonne är en fantastisk plats att göra forskning som kräver sofistikerad instrumentering och infrastruktur."
Pappret, "Bandliknande transport, hög elektronrörlighet och hög fotokonduktivitet i helt oorganiska nanokristallmatriser", publicerades i Naturens nanoteknik .
