Найден способ повысить эффективность солнечных ячеек
 Схематическое объяснение явления многоэкситонной генерации. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Так называемые коллоидные квантовые точки могли бы использоваться в качестве адсорбирующей свет прослойки в дешевых и эффективных солнечных батареях. Это возможно благодаря тому, что единичные высокоэнергетические фотоны, атакующие подобный фотогальванический материал, могут высвобождать свободные электроны или дырки с энергиями, равными или превосходящими ширину запрещенной зоны этой квантовой точки. Электроны, энергия которых превышает ширину запрещенной зоны в два раза, могут передавать ее одному или более валентным электронам, побуждая их преодолевать запрещенную зону квантовой точки. Это может привести к рождению сразу нескольких экситонов (связанных пар электрон-дырка) от одного поглощенного фотона. Подобные «махинации» могут поднять эффективность преобразования световой энергии в солнечных батареях до 42%.
Описанная выше многоэкситонная генерация (multiple exciton generation, MEG) может быть потенциально интересной в случае квантовых точек, состоящих из элементов IV – VI групп периодической таблицы Менделеева, например, сформированных из селенида свинца. Это связано с тем, что запрещенная зона в таких материалах может быть «подвинута» вплоть до околоинфракрасной области спектра. Это, в свою очередь, означает, что устройство сможет поглощать свет из достаточно широкой области спектра.
Работа совместной группы ученых из Delft University of Technology (Нидерланды), а также их коллег из Technion Institute (Израиль) и National Renewable Energy Lab (США), заключалась в исследовании многоэкситонной генерации в квантовых точках, представляющих собой вложенную структуру из ядра и оболочки. Детально результаты проведенной работы опубликованы в журнале Nano Letters.
Согласно результатам их экспериментов, ширину запрещенной зоны в квантовых точках из селенида свинца (PbSe) можно было настраивать при помощи элементарного изменения размера структуры за счет выращивания оболочки из сульфида свинца (PbS). Чем наноструктура становилась больше, тем меньше оказывалась ее запрещенная зона. Подобные результаты были получены при помощи лазерных спектроскопических измерений, проводимых на квантовых точках с чрезвычайно высоким разрешением по времени. Таким образом, оптическое поглощение созданной учеными структуры тем сильнее сдвигалось в сторону инфракрасной области, чем большей толщины оболочка выращивалась вокруг ядра из селенида свинца. Проведя численные вычисления электронной структуры созданной квантовой точки, ученые заключили, что эффект связан с делокализацией заряда в появляющуюся оболочку.
Следующим шагом команда планирует исследовать, каким образом можно было бы выделить индуцированный заряд из нескольких экситонов в квантовых точках. Они надеются справиться с этой задачей, формируя контакт между квантовой точкой и полупроводниковым материалом с акцепторными примесями (например, диоксидом титана).
Также по теме:
- Повышение эффективности солнечных батарей при помощи 3D наноструктур
- Эффективный нанодвигатель может использовать свет в качестве «топлива»
Источники: