(PhysOrg.com) -- Studies uitgevoerd door Mark Lusk en collega's van de Colorado School of Mines zouden de efficiëntie van zonnecellen aanzienlijk kunnen verbeteren. Hun laatste werk beschrijft hoe de grootte van lichtabsorberende deeltjes - quantum dots - het vermogen van de deeltjes beïnvloedt om energie over te dragen aan elektronen om elektriciteit op te wekken.

De resultaten zijn gepubliceerd in het aprilnummer van het tijdschrift ACS Nano .

Het voorschot levert bewijs ter ondersteuning van een controversieel idee, genaamd multiple-exciton generatie (MEG), die theoretiseert dat het mogelijk is voor een elektron dat lichtenergie heeft geabsorbeerd, een exciton genoemd, om die energie over te dragen aan meer dan één elektron, wat resulteert in meer elektriciteit uit dezelfde hoeveelheid geabsorbeerd licht.

Quantum dots zijn door de mens gemaakte atomen die elektronen opsluiten in een kleine ruimte. Ze hebben atomair gedrag dat resulteert in ongebruikelijke elektronische eigenschappen op nanoschaal. Deze unieke eigenschappen kunnen bijzonder waardevol zijn bij het afstemmen van de manier waarop licht interageert met materie.

Experimentele verificatie van het verband tussen MEG en kwantumdotgrootte is een hot topic vanwege een grote mate van variatie in eerder gepubliceerde onderzoeken. Het vermogen om na MEG een elektrische stroom op te wekken krijgt nu veel aandacht omdat dit een noodzakelijk onderdeel zal zijn van elke commerciële realisatie van MEG.

Voor deze studie is Lusk en medewerkers gebruikten een door de National Science Foundation (NSF) ondersteund high-performance computercluster om de relatie tussen de snelheid van MEG en kwantumdotgrootte te kwantificeren.

Ze ontdekten dat elke stip een deel van het zonnespectrum heeft waarvoor het het meest geschikt is om MEG uit te voeren en dat kleinere stippen MEG efficiënter uitvoeren voor hun plak dan grotere stippen. Dit houdt in dat zonnecellen gemaakt van kwantumstippen die specifiek zijn afgestemd op het zonnespectrum veel efficiënter zouden zijn dan zonnecellen gemaakt van materiaal dat niet met kwantumstippen is vervaardigd.

Volgens Lusk, "We kunnen nu nanogestructureerde materialen ontwerpen die meer dan één exciton genereren uit een enkel foton van licht, een groot deel van de energie die anders een zonnecel zou opwarmen, goed gebruiken."

Het onderzoeksteam, inclusief deelname van het National Renewable Energy Laboratory, maakt deel uit van het door NSF gefinancierde Renewable Energy Materials Research Science and Engineering Center aan de Colorado School of Mines in Golden, Colo. Het centrum richt zich op materialen en innovaties die een aanzienlijke impact zullen hebben op technologieën voor hernieuwbare energie. Het benutten van de unieke eigenschappen van nanogestructureerde materialen om de prestaties van zonnepanelen te verbeteren, is een gebied dat van bijzonder belang is voor het centrum.

"Deze resultaten zijn opwindend omdat ze ver gaan in de richting van het oplossen van een al lang bestaand debat binnen het veld, " zei Mary Galvin, een programmadirecteur voor de afdeling Materiaalonderzoek bij NSF. "Even belangrijk, ze zullen bijdragen aan de totstandkoming van nieuwe ontwerptechnieken die kunnen worden gebruikt om efficiëntere zonnecellen te maken."