Forskare från University of Toronto och King Abdullah University of Science &Technology (KAUST) har gjort ett genombrott i utvecklingen av kolloidala kvantprickfilmer (CQD), leder till den mest effektiva CQD-solcellen någonsin. Deras arbete presenteras i ett brev publicerat i Naturens nanoteknik.
Forskarna, ledd av U of T Engineering Professor Ted Sargent, skapat en solcell av billiga material som certifierades med världsrekord på 7,0 % verkningsgrad.
"Tidigare, quantum dot solceller har begränsats av de stora inre ytareorna av nanopartiklarna i filmen, vilket gjorde det svårt att utvinna el, sa Dr Susanna Thon, en huvudförfattare till tidningen. "Vårt genombrott var att använda en kombination av organisk och oorganisk kemi för att helt täcka alla exponerade ytor."
Kvantprickar är halvledare som bara är några få nanometer stora och kan användas för att skörda elektricitet från hela solspektrumet – inklusive både synliga och osynliga våglängder. Till skillnad från nuvarande långsamma och dyra tekniker för halvledartillväxt, CQD-filmer kan skapas snabbt och till låg kostnad, liknar färg eller bläck. Denna forskning banar väg för solceller som kan tillverkas på flexibla substrat på samma sätt som tidningar snabbt trycks i masskvantiteter.
T-cellens U representerar en effektivitetsökning på 37 % jämfört med det tidigare certifierade rekordet. För att förbättra effektiviteten, forskarna behövde ett sätt att både minska antalet "fällor" för elektroner som är förknippade med dålig ytkvalitet och samtidigt säkerställa att deras filmer var mycket täta för att absorbera så mycket ljus som möjligt. Lösningen var ett så kallat "hybridpassiveringsschema".
"Genom att introducera små kloratomer omedelbart efter syntetisering av prickarna, vi kan lappa de tidigare oåtkomliga skrymslen och vråren som leder till elektronfällor, " förklarade doktoranden och huvudförfattaren Alex Ip. "Vi följer det genom att använda korta organiska länkar för att binda kvantprickar i filmen närmare varandra."
Arbete ledd av professor Aram Amassian vid KAUST visade att det organiska ligandutbytet var nödvändigt för att uppnå den tätaste filmen.
"KAUST-gruppen använde toppmoderna synkrotronmetoder med subnanometerupplösning för att urskilja filmernas struktur och bevisa att hybridpassiveringsmetoden ledde till de tätaste filmerna med de närmast packade nanopartiklarna, " sade professor Amassian.
Framstegen öppnar många vägar för ytterligare forskning och förbättring av enhetens effektivitet, som skulle kunna bidra till en ljus framtid med pålitliga, låg kostnad solenergi.
Enligt professor Sargent, "Vår värld behöver akut innovativa, kostnadseffektiva sätt att omvandla solens rikliga energi till användbar el. Detta arbete visar att de rikliga materialgränssnitten inuti kolloidala kvantprickar kan bemästras på ett robust sätt, bevisar att låg kostnad och stadigt förbättrad effektivitet kan kombineras."
