En ny teknik som kan förbättra effektiviteten hos kvantpricksolceller till 11,53 % har avslöjats. Publicerad i februarinumret 2020 av Avancerade energimaterial , det har utvärderats som en studie som löste utmaningarna med att generera elektriska strömmar från solljus av solceller genom att förbättra hålutvinningen.

Ett forskarlag, ledd av professor Sung-Yeon Jang vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har utvecklat en solcellsanordning som maximerar prestandan hos kvantpricksolceller genom att använda organiska polymerer.

Solceller använder en egenskap av vilka elektroner och hål som genereras i absorbatorskiktet. De fria fria elektronerna och hålet rör sig sedan genom cellen, skapa och fylla i hål. Det är denna rörelse av elektroner och hål som genererar elektricitet. Därför, att skapa flera elektronhålspar och transportera dem är en viktig faktor vid utformningen av effektiva solceller.

Forskargruppen bytte ena sidan av kvantpricksolcellerna till organiska håltransportmaterial (HTM) för att bättre utvinna och transportera hål. Detta beror på att den nyutvecklade organiska polymeren inte bara har överlägsen hålextraktionsförmåga, men förhindrar också elektroner och hål från att rekombinera, som möjliggör effektiv transport av hål till anoden.

Rent generellt, kvantpricksolceller kombinerar elektronrika kvantprickar (n-typ CQDs) och hålrika kvantprickar (p-typ QDs). I det här arbetet, forskargruppen utvecklade organisk π-konjugerad polymer (π-CP)-baserade HTM, som kan uppnå en prestanda som är överlägsen den för HTM-moderna, p-typ CQD. Den molekylära ingenjörskonsten hos π-CP:erna förändrar deras optoelektroniska egenskaper, och laddningsgenerering och -uppsamling i kolloidala kvantpricksolceller (CQDSCs), användningen av dem har förbättrats avsevärt.

Som ett resultat, forskargruppen lyckades uppnå en effektkonverteringseffektivitet (PCE) på 11,53 % med anständig luftlagringsstabilitet. Detta är den högsta rapporterade PCE bland CQDSCs som använder organiska HTMs, och till och med högre än den rapporterade bästa solid-state ligand-utbytesfria CQDSC med pCQD-HTM. "Från enhetsbehandlingssynpunkt, enhetstillverkning kräver inte något ligandutbytessteg i fast tillstånd eller lager-för-lager-avsättning, som är gynnsam för att utnyttja kommersiella bearbetningstekniker, " noterade forskargruppen.

"Denna studie löser problemet med håltransport, som har varit det största hindret för genereringen av elektriska strömmar i kvantpricksolceller, " säger professor Jang. "Detta arbete tyder på att molekylär ingenjörskonst av organiska π‐CP:er en effektiv strategi för samtidig förbättring av PCE och bearbetbarhet av CQDSC, och ytterligare optimering kan ytterligare förbättra deras prestanda."