27/03/2013 - Nanomaterialien für die Entwicklung kostengünstiger Solarzellen

Menéame

Die Verwendung von Quantenpunkte in der Gestaltung und Entwicklung von Photovoltaikzellen Das ist keine neue Idee. Bisher ist es nicht gelungen, diese neuen Geräte mit einem hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie zu betreiben.

Nun wird erwartet, dass dank eines neuen Designs von Forschern der MIT (Massachusetts Institute of Technology), mit der Einbettung dieser Quantenpunkte in einen Nanokabelstrahl, diese Technologie des endgültigen Sprunges.

Das Photovoltaik-Modell, das auf der Verwendung von winzigen kolloidalen Quantenpunkten basiert, hat mehrere potenzielle Vorteile , einer der wichtigsten ist, dass sie in einem Prozess bei Raumtemperatur hergestellt werden können, Energie sparen und Komplikationen vermeiden können, die mit der hochtemperaturigen Verarbeitung von Silizium und anderen photovoltaischen Materialien verbunden sind, und sie können auch aus reichlichen Materialien hergestellt werden, billig, die keine umfangreiche Reinigung erfordern, wie es mit Silizium erforderlich ist.

Dieses System hat auch seine Nachteile, widersprüchlich zwischen sich aber Eigenschaften der Solarzellen. Zum einen die Absorptionsschicht einer Solarzelle Es muss sein, dass es dünn genug , um den Übergang von der Energie aus der Zone der Sonnenstrahlung und der solaren Adsorption zu den Leitern zu ermöglichen, die diese Energie nach außen transportieren, und andererseits muß es auch sein, daß die Energie ausreichend dick um das Licht effizient zu absorbieren.

Joel Jean, der Hauptautor eines Artikels, der in der Zeitschrift veröffentlicht wird Advanced Materials und Doktorand an der MIT del Abteilung für Elektrotechnik und Informatik (EECS), die Verbesserung der Leistung in einem dieser Bereiche führt zu einer Verringerung der Effizienz in einem anderen Bereich. Dies wirft eine große Diskrepanz auf, "wenn du gleichzeitig einen dicken Film haben willst, um das Licht aufzunehmen, und du willst, dass es fein wird, um Last zu bekommen."

Zinkoxid-Nanokabel

Das ist, wo das Hinzufügen von Zinkoxid-Nanokabeln eine nützliche Rolle spielen kann. Diese Nanokabel sind Treiber, die es ermöglichen, diese Lasten leicht zu entfernen, und gleichzeitig die für die Absorption des Lichts erforderliche Tiefe bieten, sagt Jean.

Mit einem Wachstumsprozess von unten nach oben, um diese Nano-Kabel und Infiltration mit Bleisulfid-Quantikpunkte, produziert eine 50-prozentige Steigerung des Stroms der Solarzelle und eine 35-prozentige Erhöhung der GesamteffizienzJean sagt. Durch diesen Prozess entsteht ein vertikaler Strahl von Nanokabeln, die bei sichtbarem Licht transparent, zwischen den Quantenpunkten.

"Wenn die Helligkeit im Nanokabel in seiner Linguitudinalrichtung auftritt, erhält man den Tiefenvorteil" und es wird auch erreicht, die Absorption von Licht und die Extraktion der Ladung zu trennen.

Ein Vorteil dieses photovoltaischen Systems ist, dass kann man das Licht in einem viel größeren Bereich von Wellenlängen als herkömmliche Geräte absorbieren, so wird es möglich sein, neue, kostengünstige Photovoltaikgeräte zu entwickeln.

Elektronische Mikroskop-Bildermit einer Reihe von Zinkoxid-Nanokabeln-(oberer Teil) und einem Querschnitt einer Photovoltaikzelle aus Nanofäden, die mit den Quantenpunkten aus Bleisulfid (dunkele Bereiche) interferiert werden. Eine Goldschicht im oberen (Lichtband) und eine Schicht Indian-Zinn-Oxid im unteren (klareren Bereich) bilden die beiden Elektroden der Solarzelle.

Bilder mit freundlicher Genehmigung vonJean, et al / Advanced Materials (MIT)

Erste Prüfungen

Mark Thompson, Professor für Chemie an der Universität Südkalifornien, der nicht an dieser Untersuchung beteiligt war, sagt: "Das MIT-Team hat einen echten Fortschritt gemacht." Obwohl andere Gruppen versucht haben, einen ähnlichen Ansatz, sagt er, das MIT-Team war in der Lage, eine bessere Kontrolle über die Dimensionen der Nanokabel und ihre Dichte zu erreichen." Der Thompson ist der Ansicht, dass mit der weiteren Verbesserung seines Designs seine Effizienz erheblich verbessert werden wird.

Derzeit haben die Testgeräte, die entwickelt wurden, Leistung von fast 5 Prozent erreicht, die die höchsten bislang für PV-Systeme von Quantenpunkten basierend auf Zinkoxid, sagt er. Mit einer effizienteren Entwicklung dieses Modells ist es möglich, seine Effizienz um mehr als 10 Prozent zu verbessern, die Mindesteffizienzschwelle für eine Solarzelle ist wirtschaftlich rentabel.

Bei diesem Forschungsprozess wird es notwendig sein, die Verwendung von längeren Nanokabeln zu analysieren und die optimale Trennung zwischen Nanokabeln festzulegen, um die Infiltration von Quantenpunkten zwischen diesen zu verbessern.

 

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Referenzen.

Joel Jean, Hauptautor ist Doktorand an der MIT del Abteilung für Elektrotechnik und Informatik (EECS). Das Dokument wird von Professor für Chemie Moungi Bawendi, Professor Silvija Gradečak, EECS Professor Vladimir Bulovic, und drei postgraduierten und postdoktorierten Studenten verfasst.

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