Colloïdale quantum dot (CQD) zonnecellen hebben veel aandacht getrokken vanwege de voordelen van flexibel en lichtgewicht. Aanvullend, ze zijn veel gemakkelijker te produceren in vergelijking met commerciële siliciumzonnecellen die tegenwoordig worden gebruikt. Nutsvoorzieningen, onderzoekers rapporteren een nieuwe technologie die in staat is om de prestaties van de bestaande CQD-zonnecellen te maximaliseren.

Het team, onder leiding van professor Sung-Yeon Jang in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST, heeft oplossingsgerichte, hybride reeks, tandem fotovoltaïsche apparaten met hoog rendement met CQD's en organische bulk heterojunctie (BHJ) fotoactieve materialen. De absorptie van de organische achtercel compenseerde effectief het optische verlies in de CQD-voorcel, wat de algehele fotonenoogst verbeterde.

Quantum dots (QD's) zijn halfgeleiderdeeltjes die kleiner zijn dan enkele nanometers. Omdat ze interessante kenmerken hebben, zoals de grootte-afhankelijke emissiegolflengte, de absorptiespectra van de zonnecel zijn nogal veranderlijk. Met andere woorden, het voordeel van QD's is dat ze licht absorberen in het nabij-infrarood (NIR) gebied, die andere fotoactieve lagen niet kunnen. Echter, er zijn enkele gebieden in het NIR-gebied waar geen lichtabsorptie plaatsvindt, zelfs met QD's.

De onderzoekers ontwikkelden hun fotoactieve QD-technologie om het externe kwantumefficiëntieverlies (EQE) in het NIR-gebied te compenseren. De NIR-absorberende organische BHJ-apparaten werden gebruikt als de achterste subcellen om de verzonden NIR-fotonen van de CQD-voorsubcellen te oogsten.

In aanvulling, het team optimaliseerde de kortsluitstroomdichtheidsbalans van elke subcel, en creëerde zo een bijna ideale serieverbinding met behulp van een tussenlaag om een ​​stroomconversie-efficiëntie (PCE) te bereiken die superieur is aan die van elk apparaat met één junctie. Inderdaad, de PCE (12,82%) van het hybride tandemapparaat was de hoogste van de gerapporteerde CQDPV's, inclusief single-junction-apparaten en tandem-apparaten, aldus het onderzoeksteam. De onderzoekers schrijven, "Deze studie suggereert een mogelijke route om de prestaties van CQDPV's te verbeteren door een goede hybridisatie met NIR-absorberende fotoactieve materialen."

Verder, de nieuwe hybride tandemzonnecellen worden vervaardigd bij kamertemperatuur en gebruiken een oplossingsproces voor eenvoudige productie. Als resultaat, deze zonnecel is betaalbaar, meer economisch, en lagere kosten in vergelijking met silicium zonnecellen. Hun lagere productiekosten geven hen ook een duidelijk voordeel voor massaproductie.

"Het hybride tandemapparaat vertoonde bijna verwaarloosbare degradatie na drie maanden luchtopslag, " zegt professor Jang. "Bovendien, deze studie suggereerde het potentieel om PCE te bereiken> 15% in hybride tandemapparaten door vermindering van energieverlies in CQDPV's en verbetering van NIR-absorptie in OPV's."