Spray-on Solar Goes Double-decker

Výzkumný tým na univerzitě v Torontu vytvořil první dvouvrstvý solární článek složený z nanočástic pohlcujících světlo zvaných kvantové tečky. Kvantové tečky, které lze vyladit tak, aby absorbovaly různé části slunečního spektra změnou jejich velikosti, byly považovány za slibnou cestu k levným solárním článkům, protože částice mohou být nastříkány na povrchy podobně jako barva. Ale buňky založené na této technologii byly příliš neefektivní na to, aby byly praktické. Objevením způsobu, jak kombinovat dva různé typy kvantových teček v solárním článku, by vědci mohli otevřít cestu k tomu, aby byly takové články mnohem efektivnější.

Sluneční tečky: Každý z těchto 16 bodů je solární článek složený z nanoskopických částic nazývaných kvantové tečky.

Konvenční solární články jsou vyladěny tak, aby přeměňovaly světlo pouze jedné vlnové délky na elektřinu; zbytek slunečního spektra buď prochází, nebo se přeměňuje neefektivně. Aby výrobci využili větší procento energie ze slunečního záření, někdy skládají materiály určené k zachycení různých částí spektra. Dvouvrstvý článek, nazývaný tandemový článek, může teoreticky dosáhnout 42procentní účinnosti ve srovnání s maximální teoretickou účinností 31 procent pro články s jednou vrstvou.

V torontské výzkumné cele je jedna vrstva kvantových teček vyladěna pro zachycení viditelného světla a druhá pro zachycení infračerveného světla. Vědci také našli způsob, jak snížit elektrický odpor mezi vrstvami, což je problém, který může omezit výkon dvouvrstvého článku. Zavedli přechodovou vrstvu, složenou ze čtyř filmů různých oxidů kovů, která udržuje odpor pěkný a nízký, říká Ted Sargent, profesor elektrického a výpočetního inženýrství, který vedl výzkum na University of Toronto. Vědci pro tuto vrstvu zvolili průhledné oxidy, které umožňují průchod světla do spodní buňky.

Výsledek, popsaný tento týden v deníku přírodní fotonika, je buňka s tandemovým spojením, která zachycuje široký rozsah spektra a má účinnost 4,2 procenta. Sargent říká, že tento přístup lze použít k vytvoření třívrstvé a dokonce čtyřvrstvé vrstvy, což by mohlo být ještě lepší. Cílem týmu je do pěti let překročit 10procentní efektivitu a dále se zlepšovat. Konvenční solární panely mají účinnost kolem 15 procent, ale kvantové tečkové články s poněkud nižší účinností by stále mohly mít výhodu z hlediska celkových nákladů na solární energii, pokud se jejich výroba ukáže dramaticky levnější.

John Asbury, profesor chemie na Penn State University, říká, že otevřením možnosti vytvářet vícevrstvé buňky z kvantových teček zvýšil tým U of T teoretickou účinnost technologie z 30 procent na téměř 50 procent. Ale dostat se kamkoli blízko k těmto druhům účinnosti bude vyžadovat spoustu práce k odstranění zachycených stavů - míst v materiálu s kvantovými tečkami, kde mohou elektrony uvíznout. Problém s kvantovými tečkami je v tom, že elektrony mají vysokou pravděpodobnost, že se nedostanou k elektrodám, kde je lze shromáždit, takže to omezilo jejich účinnost, říká. Skutečně mít dopad znamená vyvinout strategie pro kontrolu těchto uvězněných států.

skrýt