Als het gaat om het verbeteren van de efficiëntie van zonnecellen, een groep professoren van de University of Wyoming heeft een manier ontdekt om dit te doen door mangaanatomen - een alternatief metaal - aan de mix toe te voegen. Als je dat doet, ze vonden, verhoogt de energieconversie van zonnecellen drastisch met gemiddeld 300 procent en, in sommige gevallen, tot 700 procent.

Deze onderzoeksbevinding kan in de toekomst worden gebruikt om boeren en veeboeren in Wyoming te helpen toegang te krijgen tot elektriciteit in afgelegen gebieden die belangrijk zijn voor de staat om gewassen en vee te helpen, om het gebruik van elektrische auto's in grote steden te stimuleren, zoals Los Angeles, in een poging om de smog daar te verminderen.

Jinke Tang en Yuri Dahnovsky, beide UW-hoogleraren bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde; TeYu Chien, een assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde; en Wenyong Wang, een universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde, schreef mee aan een onderzoekspaper, die werd gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven laatste val. De krant, getiteld "Giant Photocurrent Enhancement door Transition Metal Doping in Quantum Dot Sensitized Solar Cells, " werd onlangs weer in de schijnwerpers gezet, in april, door het Department of Energy's (DOE) Office of Basic Energy Sciences.

Het onderzoek werd gefinancierd door de DOE, Bureau voor basisenergiewetenschappen, als onderdeel van het gevestigde programma om competitief onderzoek (EPSCoR) te stimuleren.

"Ze benadrukken meestal het door hen gefinancierde onderzoek, " zegt Chien. "Ze kiezen de belangrijkste prestaties en benadrukken die."

Het Office of Basic Energy Sciences ondersteunt fundamenteel onderzoek om te begrijpen, voorspellen en, uiteindelijk, regel materie en energie op de elektronische, atomaire en moleculaire niveaus om de basis te leggen voor nieuwe energietechnologieën en om DOE-missies op energiegebied te ondersteunen, milieu en nationale veiligheid.

"We hebben aan de PbS-kwantumstip 4 procent mangaanatomen toegevoegd. Onze verwachtingen waren een toename van 4 procent in zonne-efficiëntie, " zegt Dahnovsky. "We hadden een stijging van 700 procent. Dat is heel ongebruikelijk."

Dahnovsky zegt dat het ongebruikelijk is omdat elektronen "tunnelen" tussen mangaan- en zinkatomen zoveel gemakkelijker doen dan tussen lood- en zinkatomen die zich op het grensvlak tussen een kwantumdot en een halfgeleider bevinden.

De zoektocht naar hoogrenderende zonnecellen heeft geleid tot de zoektocht naar nieuwe materialen, zoals mangaan, ter vervanging van traditioneel silicium dat wordt gebruikt voor sensibilisatoren en fotogeleider-oxide-elektroden.

Dit kan leiden tot een technische revolutie voor sommige industriële toepassingen, Dahnovsky en Chien zeggen allebei.

Praktische toepassingen voor meer zonnecellen zijn onder meer efficiëntere zonnepanelen tegen lagere kosten voor huizen en andere constructies; indien gecombineerd met draagbare apparaten, zoals iPhones, iPads en computers, zonnecellen kunnen ze veel langer van stroom voorzien voordat ze moeten worden opgeladen; en elektrische auto's verder te laten rijden voordat ze moeten stoppen bij een oplaadstation, waardoor het kopen van een elektrische auto een meer levensvatbaar alternatief zou kunnen worden, zegt Chien.

Dahnovsky voegt eraan toe dat de wetenschap ook Wyoming zou kunnen helpen, die is uitgespreid, afgelegen en heeft gebieden die geen elektriciteit hebben. Bijvoorbeeld, hij zegt dat een kudde vee die van de ene plaats naar de andere gaat om te grazen, ver van elektriciteit kan worden gevestigd.

"Een boer kan in een afgelegen gebied een waterpomp nodig hebben om zijn vee te drenken, "zegt hij. "Als er geen elektriciteit is, hij kan zonnecellen gebruiken om de waterpomp aan te drijven."

Chien zegt dat boeren ook sensoren op zonne-energie kunnen gebruiken die licht kunnen meten, vochtigheid, zuurstof en temperatuur in hun gewasgrond.