De meest efficiënte colloïdale-kwantum-dot-zonnecel die ooit is gemaakt, zal worden beschreven in een wetenschappelijk artikel dat zal worden gepubliceerd in een gedrukte editie van het tijdschrift Natuurmaterialen door een team van wetenschappers waaronder John Asbury, assistent-professor scheikunde aan de Penn State University. Andere leden van het onderzoeksteam zijn verbonden aan de Universiteit van Toronto (U of T) in Canada en de King Abdullah University of Science &Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië. Het tijdschrift zal de prestatie van het team ook publiceren op de Advance Online Publication-website.

"We hebben ontdekt hoe we de wikkels die kwantumstippen inkapselen kunnen verkleinen tot de kleinst denkbare grootte - slechts een laag atomen, " zei professor Ted Sargent van U of T, de corresponderende auteur over het werk en de houder van de Canada Research Chair in Nanotechnology. Quantum dots zijn halfgeleiders op nanoschaal die licht opvangen en omzetten in elektrische energie. Door hun kleine formaat, de stippen kunnen op flexibele oppervlakken worden gespoten, inclusief kunststoffen, waardoor de productie van zonnecellen mogelijk is die goedkoper zijn dan de bestaande op silicium gebaseerde versie.

Maar een cruciale uitdaging voor het veld was het verbeteren van hun efficiëntie. Het ideale ontwerp voor de grootste efficiëntie is er een die de kwantumstippen strak samenpakt. Tot nu, kwantumstippen zijn afgedekt met organische moleculen die de nanodeeltjes met een nanometer van elkaar scheiden - waardoor ze te omvangrijk zijn voor optimale efficiëntie. Het probleem oplossen, het onderzoeksteam wendde zich tot anorganische liganden, atomen ter grootte van een nanometer die binden aan de kwantumdot-oppervlakken en minder ruimte innemen.

"De anorganische liganden vormen de kleinst mogelijke schaal die om kwantumstippen kan worden gewikkeld, Asbury van Penn State legt uit. "Het is de dunheid van de schaal die ervoor zorgt dat de kwantumstippen zo dicht opeengepakt kunnen worden dat elektronen soepel door het materiaal kunnen stromen om fotostroom te maken."

De colloïdale kwantumstippen die Asbury en zijn teamleden onderzochten, leverden de hoogste elektrische stromen op, en de hoogste algehele energieconversie-efficiëntie, ooit gezien in colloïdale quantum dot (CQD) zonnecellen. Deze prestatieresultaten zijn gecertificeerd door een extern laboratorium, Nieuwpoort, dat is geaccrediteerd door het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory.

"Uitgebreide tests hebben bevestigd dat we ladingsvallen konden verwijderen - locaties waar elektronen vast komen te zitten - terwijl we de kwantumstippen nog steeds dicht bij elkaar houden, " zei Asbury. De combinatie van dichte pakking en eliminatie van ladingsval zorgde ervoor dat ongekende niveaus van fotostroom door de zonnecellen konden stromen, dus record efficiëntie.

U of T en KAUST hebben een technologielicentieovereenkomst ondertekend, bemiddeld door MaRS Innovations (MI), die de wereldwijde commercialisering van deze nieuwe technologie mogelijk zal maken. "Door U van T's, Mis, en het partnerschap van KAUST, we staan ​​klaar om opwindend onderzoek te vertalen naar tastbare innovaties die kunnen worden gecommercialiseerd, " zei Sargent. "De wereld - en de markt - hebben zonne-innovaties nodig die het bestaande compromis tussen prestaties en kosten doorbreken.