Vad är kvantpricksolceller?

Kvantpricksolceller är solceller byggda på ett nätverk av kristaller tillverkade i nanometerskalan som har potential att överträffa konventionella solcellsteknologier på grund av en grundläggande begränsning av hur solceller fångar solljus.En standard solcell byggs på ett lager av material som är mest effektivt att fånga ett speciellt band eller våglängd av ljus.Kvantprickarna i kvantpricksolceller kan emellertid skapas för att fånga flera ljusband genom att variera deras storlek och kemisk smink i tillverkningsprocessen.Detta gör en mängd olika typer av kvantprickar på ett lager av substrat som potentiellt kan fånga ett brett utbud av ljusvåglängder, vilket gör dem mycket mer effektiva och ekonomiska att producera än standard solceller.

Den tekniska gränsen för konvertering av solljus till elektriskaEnergi med ett solcellsmaterial som består av en typ av kemisk struktur är teoretiskt högst 31%.Kommersiella solceller från och med 2011 har emellertid endast en praktisk effektivitetsnivå på 15% till 17% på sin maximala nivå.Forskning har pågått i årtionden för att hitta förbättringar av solcellstekniken från flera utsiktspunkter, såsom att minska kostnaden för fotovoltaiskt material baserat på mycket purkisel genom att ersätta flexibel polymer och metalliska substrat.Solcellsforskning har också fokuserat på att fånga ett bredare bandgapintervall, både genom att stapla olika lager av solcellsmaterial eller konstruktion unika kristaller, kända som kvantprickar, på ett solcellskikt.Alla tillvägagångssätt har sina nackdelar, och kvantpricksolceller försöker också använda sina fördelar där det är möjligt.

Den nya tekniken för kvantpricksolceller byggs på fysiken och kemin för kvantprickarna själva, men inkluderar också ocksåPrincipen för en flerskiktad solcell och förmågan att integrera dessa komponenter i ett lättare tillverkat, potentiellt flexibelt substrat.Helst är tekniken inriktad på att producera det som kallas en solcell med full spektrum, som kan fånga upp till 85% strålande, synligt ljus och konvertera den till elektricitet, samt fånga lite ljus i de infraröda och ultravioletta band.Energiproduktioner för sådana solceller har nått 42% effektivitet i laboratoriet från och med 2011, och nuvarande ansträngningar innebär att hitta praktiska, kostnadseffektiva kemiska strukturer för sådan teknik så att den kan massproduceras.

Tillvägagångssätt till nästa generations solceller har harFokuserat på det tre bandgapet eller multi-korsningsmodellen, där olika lager av halvledande legeringar av gallium-arsenid-nitrat är sammankopplade.En annan kemisk sammansättning med flera korsningar har använt en zink-mangan-telluriumlegering och kvantpricks solceller tillverkas också av kadmium-sulfid på ett titandioxidunderlag som är belagd med organiska molekyler för att sammankoppla metallsubstratet och kvantdötarna.Andra variationer på de tre bandgapskikten inkluderar forskning med indium-gallium-fosfid, indium-gallium-arsenid och germanium.Många kemiska kombinationer verkar fungera, och storleken på molekylerna som används i processen, såsom det organiska sammankopplingsskiktet, verkar ha mer direkt inverkan på effektiviteten hos kvantpricksolceller för att fånga ett brett spektrum av ljus än ljuset än ljusetsjälva materiens själva kemi.Skikten i en solcell med flera korsningar, inklusive själva kvantprickarna, måste ofta vara mindre än två nanometrar tjocka, vilket kräver en extremt fin precision för att producera som endast Microchip Fab-anläggningar som gör datorprocessorer och minne ärForskning kan göra solceller både effektivare och billigare att tillverka.Helst kommer de att byggas på flexibel polymerkamratrialer så att de kan målas på byggnader eller användas som en beläggning för bärbar elektronik.De skulle då också kunna vävas till syntetiska tyger för kläder och klädsel i bilar.Detta skulle ge solcellsteknologi utbredda applikationer i elektrisk generation som kan komplettera eller ersätta behovet av fossil bränsleanvändning för många vanliga konsumentbehov inklusive klimatkontroll, telekommunikation, transport och belysning.Sådana solceller har skapats i laboratoriet i USA, Kanada, Japan och andra nationer, och det första företaget som hittar en metod för billig massproduktion av tekniken kommer sannolikt att fånga en världsmarknad för den i enastående skala.