(PhysOrg.com) -- De afgelopen jaren, onderzoekers hebben kwantumstippen gebruikt om de lichtabsorptie en de algehele efficiëntie van zonnecellen te verhogen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers zijn een stap verder gegaan, aantonen dat quantum dots met een ingebouwde elektrische lading de efficiëntie van InAs/GaAs quantum dot zonnecellen met 50% of meer kunnen verhogen.

De onderzoekers, Kimberly Sablon en John W. Little (onderzoekslaboratorium van het Amerikaanse leger in Adelphi, Maryland), Vladimir Mitin, Andrei Sergejev, en Nizami Vagidov (Universiteit van Buffalo in Buffalo, New York), en Kitt Reinhardt (AFOSR/NE in Arlington, Virginia) hebben hun studie over de verhoogde efficiëntie van zonnecellen gepubliceerd in een recent nummer van: Nano-letters .

In hun studie hebben de onderzoekers bestudeerden heterostructurele zonnecellen met InAs/GaAs-kwantumdots. Als fotovoltaïsche materialen, de kwantumstippen zorgen voor het oogsten van de infrarode straling om deze om te zetten in elektrische energie. Echter, de kwantumstippen verbeteren ook de recombinatie van fotodragers en verminderen de fotostroom. Om deze reden, tot nu toe is de verbetering van de fotovoltaïsche efficiëntie door quantum dots met enkele procenten beperkt.

Hier, de onderzoekers hebben voorgesteld om kwantumdots op te laden door selectieve interdot-doping te gebruiken. In hun experimenten, de onderzoekers vergeleken dopingniveaus van 2, 3, en 6 extra elektronen per kwantumstip, wat resulteerde in een fotovoltaïsche efficiëntieverhoging van 4,5%, 30%, en 50%, respectievelijk, vergeleken met een ongedoteerde zonnecel. Voor het 6-elektronen dopingniveau, die stijging van 50% komt overeen met een algemene efficiëntieverhoging van 9,3% (voor ongedoteerde zonnecellen) naar 14%.

De onderzoekers schreven deze radicale verbetering van de fotovoltaïsche efficiëntie toe aan twee basiseffecten. Eerst, de ingebouwde puntlading induceert verschillende overgangen van de elektronen en verbetert het oogsten van de infraroodstraling. Tweede, de ingebouwde puntlading creëert potentiële barrières rond punten en deze barrières onderdrukken de opnameprocessen voor elektronen en zorgen ervoor dat ze niet terug kunnen keren in de punten. Het effect van potentiële barrières is eerder door de onderzoekers gebruikt om de gevoeligheid van infrarooddetectoren te verbeteren.

In aanvulling, de onderzoekers voorspellen dat een verdere verhoging van het dopingniveau zal leiden tot een nog sterkere efficiëntieverbetering, omdat er geen bewijs van verzadiging was. In de toekomst, de onderzoekers gaan nader onderzoeken hoe deze effecten elkaar beïnvloeden bij hogere dopingniveaus. Ze voorspellen dat een verdere verhoging van het dopingniveau en de stralingsintensiteit zal leiden tot een nog sterkere efficiëntieverbetering, omdat er geen bewijs van verzadiging was.

“De methodologie en principes die tijdens dit onderzoek zijn ontwikkeld, zijn toepasbaar op een aantal fotovoltaïsche apparaten met kwantumdots en nanokristallen, zoals polymeer plastic cellen en kleurstof-gesensibiliseerde poreuze metaaloxide Gratzel-cellen, ” Dr. Sergeev vertelde PhysOrg.com . “Effectief oogsten en omzetten van infraroodstraling door geoptimaliseerde elektron-gat-kinetiek in structuren met kwantumdots en nanokristallen zal leiden tot mogelijke doorbraken op het gebied van zonne-energieconversie.”

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.