Quantum dots (QDs) är halvledarpartiklar bara några få nanometer över det, tack vare sin lilla storlek, uppvisar speciella optiska och elektroniska egenskaper på grund av kvantmekaniken. Med befintliga och förutsedda applikationer på skärmar, belysning, lasrar, och energiskörd, forskningen i kvantprickar har gått stadigt framåt. Särskilt, kolloidala QDs (CQDs) har varit i nanoteknologins rampljus i över ett decennium.

CQD:er är halvledarnanokristaller som enkelt kan produceras från lösningsbaserade processer, vilket gör dem lämpliga för massproduktion. Dock, för att CQD-baserade enheter ska fungera som bäst, kvantprickarna ska vara monodispersa – det vill säga, de ska alla ha samma storlek. Om deras storlekar inte är lika (polydispers), den energiska störningen i den optoelektroniska enheten ökar, vilket i sin tur hindrar dess prestanda. Medan vissa strategier finns för att bekämpa polydispersitet i CQD, problemet är svårare att undvika i perovskite-baserade CQDs (Pe-CQDs), som kräver ett reningssteg med ett antilösningsmedel. Detta steg leder alltid till agglomerering av nanopartiklar, och slutligen, stora variationer i storlek mellan kvantprickar.

Även om det kan vara nödvändigt att producera välrenade monodispersa Pe-CQDs för att producera högeffektiva solceller, ingen har noggrant undersökt förhållandet mellan polydispersitet och fotovoltaisk (konvertering) prestanda. För att fylla denna kunskapslucka, Dr Younghoon Kim och biträdande professor Jongmin Choi från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea, ledde nyligen ett team av forskare i en studie som publicerades i ACS Energibrev . Forskarna använde en teknik som kallas gelpermeationskromatografi för att "filtrera" och gruppera nanopartiklar baserat på deras storlek, vilket bekräftas av flera mätningar av deras optiska egenskaper såväl som transmissionselektronmikroskopi. Med detta tillvägagångssätt, de lyckades erhålla suspensioner av Pe-CQDs med olika grader av polydispersitet.

Efteråt, de använde dessa suspensioner för att tillverka solceller och demonstrera kopplingen mellan polydispersitet och prestanda. Som förväntat, den monodispersa suspensionen resulterade i en bättre solcell tack vare dess homogena energilandskap, vilket ledde till högre ljusabsorption inom det optimala frekvensbandet. "Med monodispersa Pe-CQDs, våra solceller nådde en effektomvandlingseffektivitet på 15,3 % och en öppen kretsspänning på 1,27 V. Dessa värden är de högsta som någonsin rapporterats för Pe-CQD baserat på CsPbI ₃ , perovskiten vi använde, " framhäver Dr. Kim.

Övergripande, denna studie är en språngbräda inom området solceller baserad på Pe-CQDs, som fortfarande måste överträffa sina kiselbaserade motsvarigheter för att motivera kommersialisering. "Forskning på Pe-CQD solceller började för ungefär fyra år sedan, så ytterligare studier behövs för att förbättra enhetens prestanda och stabilitet. Fortfarande, vårt tillvägagångssätt för att minimera energetisk störning genom att använda monodispersa Pe-CQD:er banar väg för att ytterligare utveckla deras potential inom optoelektroniska applikationer, avslutar Dr. Choi.