(PhysOrg.com) -- Det tar vanligtvis en dag eller två att förbereda kvantpunktssolceller i den konventionella multifilmarkitekturen. Nu reducerar ett team av forskare beredningstiden för solceller med kvantprickar till mindre än en timme genom att ändra formen till en enfärgad kvantpunkts solfärg. Även om färgformen för närvarande är cirka fem gånger mindre effektiv än den högsta registrerade effektiviteten för multifilmformen, forskarna förutspår att effektiviteten kan förbättras, vilket skulle kunna leda till ett enkelt och ekonomiskt gångbart sätt att förbereda solceller.

Forskarna, Mathew P. Genovese vid University of Waterloo i Kanada, med Ian V. Lightcap och Prashant V. Kamat från Radiation Laboratory och Institutionen för kemi och biokemi vid University of Notre Dame i Indiana, kommer att publicera sin studie i ett kommande nummer av ACS Nano .

Den nya solfärgen, som forskarna humoristiskt kallar ”Sun Believable solar paint, ” består av en gul eller brun pasta gjord av kvantprickar. Den lilla storleken på dessa små halvledarnanokristaller gör det möjligt att fånga nästan allt infallande synligt solljus med ett extremt tunt lager av prickar. Forskarna experimenterade med tre typer av kvantprickar:CdS, CdSe, och TiO ₂ , som alla är puderliknande, med vatten och tertbutanol som lösningsmedel. Som Kamat förklarade, alla kommersiella färger är TiO ₂ nanopartikelbaserade suspensioner. Men istället för att tillsätta färg för att ge färgen en önskad färg, här lade forskarna till färgade halvledarnanokristaller till solfärgen för att uppnå de önskade optiska och elektroniska egenskaperna.

"Kvantpunkter är halvledarnanokristaller som uppvisar storleksberoende optiska och elektroniska egenskaper, ” berättade Kamat PhysOrg.com . "I en sensibiliserad solcell med kvantpunkt, exciteringen av halvledarkvantprick eller halvledarnanokristall följs av elektroninjektion i TiO ₂ nanopartiklar. Dessa elektroner överförs sedan till insamlingselektrodytan för att generera fotoström. Hålen som finns kvar i halvledarkvantpunkten tas bort av en hålledare eller redoxpar och transporteras till en motelektrod.”

Som Kamat förklarar, solfärg har fördelar i enkelhet, ekonomi, och stabilitet jämfört med multifilm solcellsarkitekturer. Medan man förbereder en kvantprickfilm som en solcell vanligtvis kräver flera tidskrävande steg, solceller i färgform kan enkelt borstas på en yta i ett steg.

"Om vi ​​kan optimera färgberedningen, det borde vara möjligt för vem som helst att öppna en flaska (eller en burk i längden) och applicera den på en ledande yta, " han sa. "Detta kommer att minska variationen mellan labb till labb eller person till person som man möter i en flerstegsprocess. Att ha färre tillverkningssteg och omgivande förberedande förhållanden borde ge en ekonomiskt livskraftig transformativ teknik. ”

Forskarna experimenterade med flera olika kombinationer och förhållanden av kvantprickarna för att göra olika färgblandningar. De fann att en komposit av blandad CdS/TiO ₂ och CdSe/TiO ₂ nanopartiklar uppnår bästa prestanda, särskilt när CdS och CdSe deponeras direkt på TiO ₂ nanopartiklar som en beläggning. När beläggning på en glaselektrod, färgen har en total effektomvandlingseffektivitet som överstiger 1 %. Även om vissa kvantprickssolceller med flera filmer har en effektivitet som är större än 5 %, forskarna tror att användning av olika kvantprickar och ytterligare optimering kan avsevärt öka färgens effektivitet.

"Noggrann kontroll av partikelstorlek och bättre elektrontransport genom TiO ₂ nätverk bör göra det möjligt för oss att maximera effektiviteten, sa Kamat. "Vi kommer också att utöka absorptionsområdet till nära IR genom att använda halvledare som PbS och PbSe. Vårt kortsiktiga mål är att uppnå effektivitetsvinster som är större än 5 %, jämförbar med andra nanokristallbaserade halvledarsolceller."

Den nya solfärgen är det första steget mot att utveckla en solteknik som potentiellt kan ha omfattande tillämpningar. Vissa användningsområden kan vara att måla elektroniska enheter som mobiltelefoner och datorer, förutom hustak, fönster, och bilar. Storskaliga tillämpningar skulle kunna användas för att bygga solgårdar i öknar.

"Målet är att förbereda en solfärg som har lång hållbarhet, sa Kamat. "I våra laboratorier har vi testat prestandan under några dagar till en vecka, och vi tycker att den är stabil så länge den förvaras i mörkret. Ytterligare tester pågår för att undersöka långtidsstabiliteten hos färger med olika sammansättning.”

För att utveckla en kommersiell produkt, forskarna måste fortfarande arbeta med två andra komponenter i solcellsfärgen.

"Solfärgen som utvecklats i denna studie är bara en komponent i solcellen, ”Sa Kamat. ”De andra två komponenterna som behöver vidareutvecklas är ett hålledande skikt och ett motelektrodnätverk. Vi kommer att fortsätta med temat enkelhet och mångsidighet för att utveckla dessa andra två återstående steg. Den aktuella studien är det första steget i att utveckla en transformativ teknologi för solceller."

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