Wetenschap
Krediet:CC0 Publiek Domein
Een internationale groep wetenschappers, waaronder enkele van de ITMO University, heeft een methode voorgesteld waarmee de efficiëntie van zonnecellen en lichtdioden aanzienlijk kan worden verhoogd. De wetenschappers slaagden erin om dit resultaat te bereiken door de hulplagen van de apparaten die verantwoordelijk zijn voor het elektronentransport te vergroten in plaats van te werken met de actieve hoofdlaag. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .
De strijd om het milieu en de sterke fluctuaties in olie- en gasprijzen leiden ertoe dat investeerders steeds meer uitkijken naar duurzame energie. Daarom zijn wetenschappers in verschillende landen actief bezig om het proces van energieopwekking uit hernieuwbare bronnen zo efficiënt mogelijk te maken. Bijvoorbeeld, er wordt momenteel gewerkt aan het verhogen van de efficiëntie van zonnecellen, een van de meest populaire groene energiebronnen ter wereld.
Typisch, wetenschappers werken met de actieve laag van de cellen, die verantwoordelijk is voor het absorberen van lichtenergie - ze zijn gemaakt van silicium, galliumarsenide, perovskiet en andere materialen. Maar de efficiëntie, kosten en duurzaamheid van een zonnecel zijn niet alleen afhankelijk van de actieve laag maar ook van de hulplaag. Door hun efficiëntie te verhogen en tegelijkertijd de productiekosten te verlagen, kunnen we de concurrentievoordelen van een apparaat vergroten.
De hulplagen van een zonnecel kunnen van het type elektronentransport of gatentransport zijn. Wanneer zonlicht de actieve laag bereikt, elektronenparen en elektronengaten, met andere woorden, een negatieve en een positieve lading, worden daarin gevormd. Daarna, ze moeten naar hun corresponderende elektroden worden gebracht. En dit is waar de hulplagen binnenkomen:de elektronentransportlaag is verantwoordelijk voor het extraheren en overbrengen van de negatieve lading van de actieve laag, terwijl de gatentransportlaag dezelfde bewerkingen uitvoert met de positieve. Een internationale groep wetenschappers, waaronder die van de ITMO University, heeft een nieuwe methode voorgesteld voor het maken van hulplagen voor zonnecellen en lichtgevende diodes op basis van perovskiet. Ze gebruikten carbon dots - een milieuvriendelijk en relatief goedkoop materiaal dat zowel in laboratorium- als industriële omstandigheden gemakkelijk te verkrijgen is.
"Carbon dots zijn op koolstof gebaseerde nanodeeltjes met een diameter van twee tot tien nanometer, " legt Aleksandr Litvin uit, een senior onderzoeksmedewerker aan de ITMO University en een co-auteur van het onderzoek. “Hun oppervlak bevat altijd verschillende functionele groepen die voor een groot deel de eigenschappen van dit materiaal bepalen. De toepassing van carbon dots in zonnebatterijen is niet nieuw, wat belangrijk is, is de wijziging van hun oppervlak door middel van het werken met de functionele groepen. Een andere verhouding van deze groepen op het oppervlak bepaalt de elektronische configuratie van carbon dots. Bijgevolg, door dit op maat te maken, kunnen we de optimale waarden krijgen van de werkfuncties van de elektroden en de energieniveaus van de transportlagen waarop ze worden aangebracht. Dit maakt het mogelijk om een optimale configuratie te verkrijgen met maximale efficiëntie. Deze aanpak is universeel voor verschillende soorten apparaten, die voor het eerst het gebruik van koolstofdots mogelijk heeft gemaakt voor het verhogen van de operationele efficiëntie van lichtemitterende diodes."
Op deze manier verkregen, het materiaal kan niet alleen worden gebruikt voor zonnecellen, maar ook voor de hulplagen van lichtemitterende diodes. Deze laatste hebben een in grote lijnen gelijkaardige structuur, maar het proces daar is omgekeerd:elektronen en gaten hoeven niet uit de actieve laag te worden verwijderd maar, in plaats daarvan, erin geïnjecteerd om elektron-gat-paren te creëren waarvan de recombinatie in de actieve laag voor luminescentie zal zorgen. In beide gevallen, internationale collega's van wetenschappers van ITMO University behaalden een significante verhoging van de efficiëntie van de apparaten die zijn gemaakt met behulp van hulplagen gemaakt van de koolstofstippen.
"Apparaten zijn gemaakt, en hun eigenschappen zijn getest, " concludeert Aleksandr Litvin. "In het geval van op perovskiet gebaseerde zonnecellen, we hebben een efficiëntieverhoging van 17,3% naar 19,5% weten te realiseren, dat is, met bijna 13%. In het geval van lichtemitterende diodes, afhankelijk van het materiaal van de emissielaag, de externe kwantumefficiëntie (de verhouding van het aantal fotonen dat door een LED wordt uitgezonden tot het aantal elektronen dat erin wordt geïnjecteerd) steeg met 2,1-2,7 keer."
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com