Vanliga solceller gjorda av kristallint kisel kan bara komma åt ungefär hälften av det totala solljusspektrumet för omvandling av ljusenergi till elektricitet. Söker efter effektivare material, Kinesiska forskare har nu kombinerat tre halvledande sulfidkristaller till ett ternärt nanostrukturerat fotovoltaiskt system som absorberar strålning från ultravioletta till nära infraröda områden. Som de rapporterar i journalen Angewandte Chemie , nanoroderna omvandlar effektivt hela ljusenergin till elektrisk ström. Denna upptäckt markerar en ny nivå i utvecklingen av effektivare solceller.
Det solcellsmaterial som är vanligast idag är kristallint kisel, men det absorberar solljus effektivt endast i det synliga området. Andra halvledande material täcker lite olika delar av solspektrumet, men de mest effektiva fotovoltaiska materialen skulle helt klart vara de som inkluderar varje region från ultraviolett till infrarött. Shu-Hong Yu och Jun Jiang och deras medarbetare vid University of Science and Technology i Kina i Hefei har nu introducerat ett nanostrukturerat system gjord av tre sulfidkristaller. Det ternära hybridmaterialet av zink, kadmium, och kopparsulfider absorberar effektivt den ultravioletta, synlig, och nära infrarött ljus, och den segmenterade nod-mantelstrukturen hos de små stavarna ger den idealiska energibandinriktningen för en effektiv ackumulering av laddningsbärare.
Grunden för detta fotoinsamlingssystem är stavar av zinksulfid i nanostorlek på vilka kristallina höljen av kadmiumsulfid avsätts som ett arrangemang av pärlor. Zinksulfidbasen ger UV-absorption, medan kadmiumsulfiden täcker området med synligt ljus. Som en tredje komponent för IR-absorption, forskarna valde kopparsulfid nanokristaller med kopparbrist, eftersom detta material är känt för att ha en speciell typ av absorption i det nära-infraröda området som kallas ytplasmonresonans. "Dessa heteronanorods absorberar nästan hela spektrumet av solenergi, " rapporterar forskarna.
För att testa funktionaliteten hos nanoroderna, forskarna mätte deras prestanda i en fotoelektrokemisk vattendelande cell. Vid fullspektrumbelysning, fotoströmsvaret uttalades, vilket var ett första experimentellt bevis för den framgångsrika designen av deras solcellsmaterial. En av de avgörande framgångarna i detta arbete, dock, var den korrekta justeringen av de känsliga heteroövergångarna som förbinder de olika halvledande strukturerna för att anpassa energigapen i de halvledande materialen. "En sådan förskjuten inriktning möjliggör separation av de fotogenererade elektronerna och hålen i den ternära hybridnanostrukturen, säger författarna. Även om ytterligare experiment måste utföras, detta ternära halvledande system kan betraktas som ett viktigt steg mot en ny generation av effektiva solceller som täcker regnbågens färger och vidare.
