Стабильные коллоидные квантовые точки бьют рекорды эффективности

Схематическое изображение структуры предложенных коллоидных квантовых точек. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение структуры предложенных коллоидных квантовых точек. (кликните картинку для увеличения)

30.06.2014 (10:06)
Просмотров: 2638
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
наночастица, энергия, подложка,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Исследователи из Канады разработали новый класс стабильных на воздухе светочувствительных наночастиц, известных также, как коллоидные квантовые точки. Квантовые устройства, изготовленные из этих структур, отличаются высокой эффективностью преобразования солнечной энергии в электричество, более чем на 8% превышающей эффективность созданных ранее конструкций.

Коллоидные квантовые точки представляют собой полупроводниковые частицы, диаметр которых не превышает нескольких нанометров. Они могут быть синтезированы из раствора, а значит, пленки, состоящие из подобных частиц, могут легко наноситься на всевозможные гибкие или жесткие подложки (по принципу краски или чернил).

Коллоидные квантовые точки могут использоваться в качестве компонента, поглощающего свет, в дешевых, но, в то же время, высокоэффективных неорганических солнечных батареях. В таких солнечных элементах фотоны, попав в фотоэлектрический материал, инициируют появление пары свободных носителей заряда – электрона и дырки проводимости, энергия которых равна или превышает энергию так называемой запрещенной зоны данного материала. Одним из преимуществ использования коллоидных квантовых точек в качестве фотогальванического материала является их способность поглощать свет в широком диапазоне длин волн, благодаря возможности настройки ширины запрещенной зоны (с помощью простого изменения размеров наночастиц ширина запрещенной зоны может варьироваться в большом диапазоне энергий).

Устройства, изготовленные из подобных квантовых точек, требуют высокого качества наноструктур. Причем, в таком слое должны быть представлены коллоидные наночастицы как n-типа (с избытком свободных электронов), так и p-типа (с недостатком электронов по сравнению с дырками проводимости). Наличие обоих «сортов» наночастиц в устройстве позволяет повысить эффективность поглощения света фотоэлектрическим слоем. Но основная проблема заключается в том, что коллоидные наночастицы, изготовленные из полупроводников n-типа, легко окисляются на воздухе. Связываясь с атомами кислорода из воздуха, такие наночастицы отдают свои «лишние» электроны и превращаются в полупроводники p-типа. В своей последней работе группа ученых из University of Toronto (Канада) предложила решение этой проблемы.

Исследователи из Канады предложили новый тип коллоидных квантовых точек n-типа, которые не связываются с молекулами кислорода при контакте с воздухом. Используя теорию функционала плотности, ученые выявили неорганические вещества, обеспечивающие пассивацию, т.е. связывающиеся с поверхностью коллоидных наночастиц и препятствующие таким образом окислению. Результаты этого моделирования они использовали для разработки методики производства стабильных на воздухе коллоидных квантовых точек n-типа.

В рамках своей работы исследователи использовали разработанный материал для изготовления устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, которые могут похвастаться самой высокой плотностью тока на фоне других подобных структур (создаваемых на основе коллоидных наночастиц другого типа). Причем, эффективность преобразования энергии из солнечной в электрическую им удалось поднять более чем на 8%.

На сегодняшний день большая часть солнечных батарей изготавливается из сравнительно тяжелых кристаллических материалов. Но работа ученых доказала, что такие легкие и универсальные материалы, как покрытия из коллоидных наночастиц, потенциально могут быть экономически конкурентоспособными на фоне традиционных технологий. Предложенная исследователями новая форма твердого и стабильного светочувствительного материала может найти применение в недорогих солнечных батареях на гибких подложках, в том числе, на гибких кровельных покрытиях. Также подобные структуры позволяют создавать отличные датчики для обнаружения различных газов, к примеру, NO2.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Materials.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100