(PhysOrg.com) -- Het duurt meestal een dag of twee om quantum dot-zonnecellen in de conventionele multifilm-architectuur te maken. Nu reduceert een team van onderzoekers de voorbereidingstijd van quantum dot zonnecellen tot minder dan een uur door de vorm te veranderen in een éénlaagse quantum dot zonneverf. Hoewel de verfvorm momenteel ongeveer vijf keer minder efficiënt is dan de hoogst geregistreerde efficiëntie voor de multifilmvorm, de onderzoekers voorspellen dat de efficiëntie verbeterd kan worden, wat zou kunnen leiden tot een eenvoudige en economisch haalbare manier om zonnecellen te maken.

De onderzoekers, Mathew P. Genovese van de Universiteit van Waterloo in Canada, met Ian V. Lightcap en Prashant V. Kamat van het Stralingslaboratorium en de afdeling Scheikunde en Biochemie aan de Universiteit van Notre Dame in Indiana, zullen hun studie publiceren in een komende uitgave van ACS Nano .

De nieuwe zonneverf, die de onderzoekers humoristisch “Sun Believable solar paint, ” bestaat uit een gele of bruine pasta gemaakt van kwantumstippen. Het kleine formaat van deze minuscule halfgeleider nanokristallen maakt het mogelijk om bijna al het invallende zichtbare zonlicht vast te leggen met een extreem dun laagje stippen. De onderzoekers experimenteerden met drie soorten quantum dots:CdS, CdSe, en TiO ₂ , die allemaal poederachtig zijn, met water en tert-butanol als oplosmiddel. Zoals Kamat uitlegde, alle commerciële verven zijn TiO ₂ op nanodeeltjes gebaseerde suspensies. Maar in plaats van kleurstof toe te voegen om de verf een gewenste kleur te geven, hier voegden de onderzoekers gekleurde halfgeleider nanokristallen toe aan de zonneverf om de gewenste optische en elektronische eigenschappen te bereiken.

"Quantum dots zijn halfgeleider nanokristallen die grootte-afhankelijke optische en elektronische eigenschappen vertonen, ” vertelde Kamat PhysOrg.com . “In een met kwantumpunt gesensibiliseerde zonnecel, de excitatie van halfgeleider quantum dot of halfgeleider nanokristal wordt gevolgd door elektroneninjectie in TiO ₂ nanodeeltjes. Deze elektronen worden vervolgens overgebracht naar het oppervlak van de verzamelelektrode om fotostroom te genereren. De gaten die in de halfgeleider-quantumdot achterblijven, worden door een gatengeleider of redoxpaar verwijderd en naar een tegenelektrode getransporteerd.”

Zoals Kamat uitlegt, zonneverf heeft voordelen in eenvoud, economie, en stabiliteit in vergelijking met multifilm-zonnecelarchitecturen. Terwijl het voorbereiden van een kwantumdotfilm als zonnecel meestal meerdere tijdsintensieve stappen vereist, zonnecellen in verfvorm kunnen eenvoudig in één stap op een oppervlak worden geborsteld.

“Als we de verfvoorbereiding kunnen optimaliseren, het moet voor iedereen mogelijk zijn om een ​​fles (of een blikje op de lange termijn) te openen en op een geleidend oppervlak aan te brengen, " hij zei. "Dit zal de variabiliteit tussen laboratorium tot laboratorium of persoon tot persoon verminderen, zoals men tegenkomt in een meerstapsproces. Het hebben van minder fabricagestappen en voorbereidende omgevingscondities zou een economisch levensvatbare transformatieve technologie moeten bieden."

De onderzoekers experimenteerden met verschillende combinaties en verhoudingen van de kwantumstippen om verschillende verfmengsels te maken. Ze ontdekten dat een composiet van gemengd CdS/TiO ₂ en CdSe/TiO ₂ nanodeeltjes bereiken de beste prestaties, vooral wanneer de CdS en CdSe direct op de TiO . worden gedeponeerd ₂ nanodeeltjes als coating. Wanneer gecoat op een glaselektrode, de verf heeft een totale energieconversie-efficiëntie van meer dan 1%. Hoewel sommige multifilm quantum dot zonnecellen een efficiëntie hebben van meer dan 5%, de onderzoekers denken dat het gebruik van verschillende quantum dots en verdere optimalisatie de efficiëntie van de verf aanzienlijk kan verhogen.

“Zorgvuldige controle van deeltjesgrootte en beter elektronentransport door TiO ₂ netwerk moet ons in staat stellen de efficiëntie te maximaliseren, ' zei Kamat. “We zullen het absorptiebereik ook uitbreiden tot bijna IR door gebruik te maken van halfgeleiders zoals PbS en PbSe. Ons doel op korte termijn is om een ​​efficiëntie van meer dan 5% te behalen, vergelijkbaar met andere zonnecellen op basis van halfgeleider nanokristallen.”

De nieuwe zonneverf is de eerste stap in de richting van de ontwikkeling van een zonnetechnologie die mogelijk brede toepassingen kan hebben. Sommige toepassingen zijn onder meer het schilderen van elektronische apparaten zoals mobiele telefoons en computers, naast daken, ramen, en auto's. Grootschalige toepassingen kunnen worden gebruikt om zonneparken in woestijnen te bouwen.

“Het doel is om een ​​zonneverf te maken die lang houdbaar is, ' zei Kamat. “In onze laboratoria hebben we de prestaties een paar dagen tot een week getest, en we vinden het stabiel zolang het in het donker wordt bewaard. Er lopen aanvullende tests om de stabiliteit op lange termijn van verven met verschillende samenstellingen te onderzoeken.”

Om een ​​commercieel product te ontwikkelen, de onderzoekers moeten nog werken aan twee andere componenten van de zonnecelverf.

“De in dit onderzoek ontwikkelde zonneverf is slechts één onderdeel van de zonnecel, ' zei Kamat. “De andere twee componenten die verder ontwikkeld moeten worden, zijn een gatengeleidende laag en een tegenelektrodenetwerk. We zullen het thema van eenvoud en veelzijdigheid voortzetten om deze andere twee resterende stappen te ontwikkelen. De huidige studie is de eerste stap in de ontwikkeling van een transformatieve technologie voor zonnecellen.”

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.