Solcellstekniken har snabbt avancerat, som hundratals grupper runt om i världen driver mer än två dussin tillvägagångssätt med olika material, teknik, och metoder för att förbättra effektiviteten och minska kostnaderna. Nu har ett team på MIT satt ett nytt rekord för de mest effektiva quantum-dot-cellerna-en typ av solceller som ses som särskilt lovande på grund av dess inneboende låga kostnad, mångsidighet, och lätt.

Även om den här cellens totala effektivitet fortfarande är låg jämfört med andra typer - cirka 9 procent av solljusets energi omvandlas till elektricitet - är förbättringstakten för denna teknik en av de snabbaste som ses för en solteknik. Utvecklingen beskrivs i en artikel, publicerad i tidningen Naturmaterial , av MIT-professorerna Moungi Bawendi och Vladimir Bulović och doktorander Chia-Hao Chuang och Patrick Brown.

Den nya processen är en förlängning av Bawendis arbete, Lester Wolfe professor i kemi, att producera kvantprickar med exakt kontrollerbara egenskaper - och som enhetliga tunna beläggningar som kan appliceras på andra material. Dessa små partiklar är mycket effektiva för att göra ljus till elektricitet, och vice versa. Sedan den första utvecklingen mot användningen av kvantprickar för att göra solceller, Bawendi säger, "Samhället, de senaste åren, har börjat förstå bättre hur dessa celler fungerar, och vilka begränsningar är. "

Det nya arbetet representerar ett betydande steg för att övervinna dessa begränsningar, öka strömflödet i cellerna och därmed öka deras totala effektivitet vid omvandling av solljus till elektricitet.

Många metoder för att skapa låg kostnad, flexibla och lätta solceller med stort område lider av allvarliga begränsningar-till exempel kort livslängd när de utsätts för luft, eller behovet av höga temperaturer och vakuumkammare under produktionen. Däremot, den nya processen kräver inte en inert atmosfär eller höga temperaturer för att odla de aktiva enhetens lager, och de resulterande cellerna visar ingen nedbrytning efter mer än fem månaders lagring i luft.

Bulović, Fariborz Maseeh professor i framväxande teknik och assisterande dekan för innovation vid MIT:s tekniska högskola, förklarar att tunna beläggningar av kvantprickar "tillåter dem att göra vad de gör som individer - för att absorbera ljus mycket bra - men också fungera som en grupp, till transportavgifter. "Detta gör att dessa avgifter kan samlas in vid filmens kant, där de kan utnyttjas för att ge en elektrisk ström.

Det nya arbetet sammanför utvecklingen från flera områden för att driva tekniken till oöverträffad effektivitet för ett kvantpunktbaserat system:Tidningens fyra medförfattare kommer från MIT:s fysiska institutioner, kemi, materialvetenskap och teknik, och elektroteknik och datavetenskap. Solcellen som produceras av teamet har nu lagts till i National Renewable Energy Laboratories lista över rekordhöga effektiviteter för varje typ av solcellsteknik.

Cellens totala effektivitet är fortfarande lägre än för de flesta andra typer av solceller. Men Bulović påpekar, "Kisel hade sex decennier på sig att komma dit den är idag, och även kisel har inte nått den teoretiska gränsen än. Du kan inte hoppas att en helt ny teknik slår en befintlig på bara fyra års utveckling. "Och den nya tekniken har viktiga fördelar, särskilt en tillverkningsprocess som är mycket mindre energikrävande än andra typer.

Chuang tillägger, "Varje del av cellen, förutom elektroderna för närvarande, kan deponeras vid rumstemperatur, i luft, ur lösningen. Det är verkligen utan motstycke. "

Systemet är så nytt att det också har potential som verktyg för grundforskning. "Det finns mycket att lära om varför det är så stabilt. Det finns mycket mer att göra, att använda den som en testbädd för fysik, för att se varför resultaten ibland är bättre än vi förväntar oss, "Säger Bulović.

Ett följeslagare, skriven av tre medlemmar i samma team tillsammans med MIT:s Jeffrey Grossman, Carl Richard Soderberg docent i kraftteknik, och tre andra, visas den här månaden i tidningen ACS Nano , förklara mer i detalj vetenskapen bakom den strategi som används för att nå detta effektivitetsgenombrott.

Det nya arbetet representerar en vändning för Bawendi, som hade tillbringat mycket av sin karriär med att arbeta med kvantprickar. "Jag var lite skeptisk för fyra år sedan, "säger han. Men hans teams forskning har sedan dess tydligt visat kvantprickarnas potential i solceller, han lägger till.

Arthur Nozik, en forskningsprofessor i kemi vid University of Colorado som inte var inblandad i denna forskning, säger, "Detta resultat representerar ett betydande framsteg för tillämpningar av kvantprickfilmer och tekniken för låg temperatur, lösningsbearbetad, kvantprickade fotovoltaiska celler. ... Det är fortfarande en lång väg kvar innan solceller med kvantprickar är kommersiellt livskraftiga, men den senaste utvecklingen är ett bra steg mot detta slutliga mål. "

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.