Onderzoekers van de sectie Opto-electronic Materials van de Technische Universiteit Delft in Nederland en Toyota Europe hebben aangetoond dat meerdere mobiele elektronen kunnen worden geproduceerd door de absorptie van een enkel lichtdeeltje in films van gekoppelde quantum dots. Deze meervoudige elektronen kunnen met verhoogde efficiëntie in zonnecellen worden geoogst. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het oktobernummer van het wetenschappelijke tijdschrift Nano-letters .

Een manier om de efficiëntie van goedkope zonnecellen te verhogen is het gebruik van halfgeleider nanodeeltjes, ook wel kwantumstippen genoemd. In theorie, de efficiëntie van deze cellen kan worden verhoogd tot 44%. Dit komt door een interessant effect dat efficiënt plaatsvindt in deze nanodeeltjes:dragervermenigvuldiging. In de huidige zonnecellen een geabsorbeerd lichtdeeltje kan maar één elektron aanslaan, terwijl in een quantum dot-zonnecel een lichtdeeltje meerdere elektronen kan opwekken. Vermenigvuldiging van het aantal elektronen resulteert in de verbetering van de stroom in zonnecellen, verhoging van de algehele energieomzettingsefficiëntie.

Vermenigvuldiging van vervoerder

Enkele jaren geleden werd aangetoond dat dragervermenigvuldiging efficiënter is in kwantumdots dan in traditionele halfgeleiders. Als resultaat, deze quantum dots worden momenteel wereldwijd intensief onderzocht voor gebruik in zonnecellen. Een probleem bij het gebruik van dragervermenigvuldiging is dat de geproduceerde ladingen slechts een zeer korte tijd leven (ongeveer 0.00000000005 s) voordat ze met elkaar in botsing komen en verdwijnen via een vervalproces dat bekend staat als Auger-recombinatie. De grootste uitdaging van dit moment is om te bewijzen dat het nog mogelijk is om er iets nuttigs mee te doen.

Mobiele kosten

De Delftse onderzoekers hebben nu aangetoond dat zelfs deze zeer korte tijd lang genoeg is om de meerdere elektronen van elkaar te scheiden. Ze maakten films van kwantumdots waarin de elektronen zo efficiënt tussen de kwantumdots kunnen bewegen dat ze vrij en mobiel worden voordat de tijd die nodig is om via Auger-recombinatie te verdwijnen. In deze films worden tot 3,5 vrije elektronen gecreëerd per geabsorbeerd lichtdeeltje. Op deze manier, deze elektronen overleven niet alleen, ze kunnen vrij door het materiaal bewegen om beschikbaar te komen voor opvang in een zonnecel.