Связывание квантовых точек повысит производительность солнечных батарей
 Солнечная энергия является одним из наиболее популярных видов альтернативного топлива. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
На сегодняшний день в связи с увеличением потребления энергии в развитых странах одной из передовых тем исследований являются поиски альтернативного источника этой. Один из наиболее простых и доступных вариантов – солнечная энергия, доступная практически везде.
Основная проблема, с которой приходится столкнуться при использовании энергии солнца, заключается в преобразовании света в электричество. Существующие на сегодняшний день кремниевые солнечные батареи хоть и достаточно эффективны, слишком дороги для массового производства. Более дешевые варианты солнечных ячеек на базе других материалов при этом пока не достаточно эффективны. К примеру, предел эффективности органических солнечных элементов – не более 8%.
Теоретически улучшить свойства солнечных ячеек можно при помощи нанотехнологий. К сожалению, исследования показали, что далеко не все нанострукутуры оказывают положительное влияние на эффективность ячеек. К примеру, работы многих ученых показывают, что в нанокристаллах фотоны вместо высвобождения свободного электрона, обычно формируют экситоны (связанные пара электрона и фотона), которые нельзя извлечь при помощи электродов. Аналогичная проблема наблюдается в органических солнечных ячейках – поглощенные фотоны не производят в них нужного количества свободных электронов.
Один из функциональных способов повышения эффективности солнечных батарей - использование полупроводниковых наночастиц в качестве структурного материала. В теории эффективность подобных ячеек может достигать 44%. Это возможно благодаря тому, что один фотон в квантовой точке может вызывать лавинное высвобождение электронов (хотя в традиционной солнечной батарее каждая поглощенная частица высвобождает только один электрон).
Известно, что при поглощении фотона происходит образование пары свободных носителей тока – электрона и дырки. Ранее исследователи уже преуспели в создании таких пар в отдельных квантовых точках, но эту технологию до сих пор нельзя было применить в реальных солнечных батареях, где оба типа носителей должны иметь возможность свободно перемещаться к электродам.
Группа ученых из Delft University of Technology (Нидерланды) решила эту проблему, показав, что квантовые точки действительно применимы для создания солнечных батарей, т.к. электроны и дырки могут свободно перемещаться между ними, если отдельные точки связаны между собой с помощью «соединительных» молекул. Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
По мнению исследователей, если покрытие солнечной ячейки будет состоять из плотно сгруппированных квантовых точек, такая система сможет поглощать даже один единственный фотон, т.к., согласно эксперименту, в этом случае не образуется упомянутых выше экситонных пар. Более того, по мнению исследователей, свойствами такого покрытия из квантовых точек можно управлять, регулируя расстояние между отдельными точками.
Также по теме:
- Повышение эффективности солнечных батарей при помощи 3D наноструктур
- Будущее солнечной энергетики в двигателях Стирлинга?
Источники: