En ny teknik utvecklad av U of T Engineering Professor Ted Sargent och hans forskargrupp kan leda till betydligt effektivare solceller, enligt en ny artikel publicerad i tidskriften Nanobokstäver .
Pappret, "Gemensamt inställda plasmonisk-excitoniska solceller med nanoskal, " beskriver en ny teknik för att förbättra effektiviteten i kolloidal kvantpricksolcell, en teknik som redan lovar billig, effektivare solcellsteknik. Quantum dot solceller erbjuder potential för låg kostnad, storarea solenergi – men dessa enheter är ännu inte särskilt effektiva i den infraröda delen av solens spektrum, som är ansvarig för hälften av solens kraft som når jorden.
Lösningen? Spektralt inställd, lösningsbehandlade plasmoniska nanopartiklar. Dessa partiklar, forskarna säger, ger oöverträffad kontroll över ljusets utbredning och absorption.
Den nya tekniken som utvecklats av Sargents grupp visar en möjlig 35-procentig ökning av teknikens effektivitet i det nära-infraröda spektralområdet, säger medförfattaren Dr Susanna Thon. Övergripande, detta skulle kunna översättas till en 11-procentig ökning av solenergikonverteringseffektiviteten, hon säger, gör kvantpricksolceller ännu mer attraktiva som ett alternativ till dagens solcellsteknik.
"Det finns två fördelar med kolloidala kvantprickar, " säger Thon. "Först, de är mycket billigare, så de minskar kostnaden för elproduktion mätt i kostnad per watt effekt. Men den största fördelen är att genom att helt enkelt ändra storleken på kvantpunkten, du kan ändra dess ljusabsorptionsspektrum. Att ändra storlek är mycket enkelt, och denna storleksjustering är en egenskap som delas av plasmoniska material:genom att ändra storleken på de plasmoniska partiklarna, vi kunde överlappa absorptions- och spridningsspektra för dessa två nyckelklasser av nanomaterial."
Sargents grupp uppnådde den ökade effektiviteten genom att bädda in guld nanoskal direkt i quantum dot absorber-filmen. Även om guld vanligtvis inte betraktas som ett ekonomiskt material, Övrig, billigare metaller kan användas för att implementera samma koncept som Thon och hennes medarbetare bevisat.
Hon säger att den aktuella forskningen ger ett principbevis. "Folk har försökt göra liknande arbeten men problemet har alltid varit att metallen de använder också absorberar en del ljus och bidrar inte till fotoströmmen - så det är bara förlorat ljus."
Mer arbete måste göras, tillägger hon. "Vi vill uppnå mer optimering, och vi är också intresserade av att titta på billigare metaller för att bygga en bättre cell. Vi skulle också vilja rikta in oss bättre på var fotoner absorberas i cellen – det här är viktigt solceller eftersom du vill absorbera så många fotoner du kan så nära laddningsuppsamlingselektroden som du bara kan."
Forskningen är också viktig eftersom den visar potentialen i att justera nanomaterialegenskaper för att uppnå ett visst mål, säger Paul Weiss, Direktör för California NanoSystems Institute vid University of California, Los Angeles (UCLA).
"Detta arbete är ett bra exempel på att uppfylla löftet om nanovetenskap och nanoteknik, " säger Weiss. "Genom att utveckla metoder för att justera egenskaperna hos nanomaterial, Sargent och hans medarbetare har kunnat göra betydande förbättringar i en viktig enhetsfunktion, nämligen att fånga ett bredare spektrum av solspektrumet mer effektivt."
