Een nieuwe techniek ontwikkeld door U of T Engineering Professor Ted Sargent en zijn onderzoeksgroep zou kunnen leiden tot aanzienlijk efficiëntere zonnecellen, volgens een recent artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

De krant, "Gezamenlijk afgestemde plasmonisch-excitonische fotovoltaïsche energie met behulp van nanoshells, " beschrijft een nieuwe techniek om de efficiëntie van colloïdale fotovoltaïsche kwantumdots te verbeteren, een technologie die al goedkoop belooft, efficiëntere zonneceltechnologie. Quantum dot fotovoltaïsche energie biedt het potentieel voor goedkope, zonne-energie voor een groot gebied - deze apparaten zijn echter nog niet erg efficiënt in het infrarode deel van het spectrum van de zon, die verantwoordelijk is voor de helft van de kracht van de zon die de aarde bereikt.

De oplossing? Spectraal afgestemd, oplossing-verwerkte plasmonische nanodeeltjes. Deze deeltjes, zeggen de onderzoekers, bieden ongekende controle over de voortplanting en absorptie van licht.

De nieuwe techniek die is ontwikkeld door de groep van Sargent laat een mogelijke toename van 35 procent zien in de efficiëntie van de technologie in het nabij-infrarode spectrale gebied, zegt co-auteur Dr. Susanna Thon. Algemeen, dit zou zich kunnen vertalen in een verhoging van de efficiëntie van de omzetting van zonne-energie met 11 procent, ze zegt, quantum dot fotovoltaïsche cellen nog aantrekkelijker maken als alternatief voor de huidige zonneceltechnologieën.

"Er zijn twee voordelen aan colloïdale kwantumstippen, " zegt Thon. "Eerst, ze zijn veel goedkoper, dus verlagen ze de kosten van elektriciteitsopwekking, gemeten in kosten per watt vermogen. Maar het belangrijkste voordeel is dat door simpelweg de grootte van de kwantumstip te veranderen, u kunt het lichtabsorptiespectrum wijzigen. Het wijzigen van de maat is zeer eenvoudig, en deze afstembaarheid van de grootte is een eigenschap die wordt gedeeld door plasmonische materialen:door de grootte van de plasmonische deeltjes te veranderen, we waren in staat om de absorptie- en verstrooiingsspectra van deze twee belangrijke klassen van nanomaterialen te overlappen."

De groep van Sargent bereikte de verhoogde efficiëntie door gouden nanoshells rechtstreeks in de kwantumdot-absorberende film in te bedden. Hoewel goud gewoonlijk niet als een economisch materiaal wordt beschouwd, ander, goedkopere metalen kunnen worden gebruikt om hetzelfde concept te implementeren dat is bewezen door Thon en haar collega's.

Ze zegt dat het huidige onderzoek een proof of principle levert. "Mensen hebben geprobeerd soortgelijk werk te doen, maar het probleem is altijd geweest dat het metaal dat ze gebruiken ook wat licht absorbeert en niet bijdraagt ​​aan de fotostroom - dus het is gewoon verloren licht."

Er moet meer worden gedaan, zij voegt toe. “We willen meer optimalisatie, en we zijn ook geïnteresseerd in goedkopere metalen om een ​​betere cel te bouwen. We willen ook beter bepalen waar fotonen in de cel worden geabsorbeerd - dit is belangrijke fotovoltaïsche energie omdat je zoveel mogelijk fotonen wilt absorberen zo dicht mogelijk bij de ladingsverzamelende elektrode als je kunt."

Het onderzoek is ook belangrijk omdat het het potentieel aantoont van het afstemmen van nanomateriaaleigenschappen om een ​​bepaald doel te bereiken, zegt Paul Weiss, Directeur van het California NanoSystems Institute aan de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA).

"Dit werk is een geweldig voorbeeld van het waarmaken van de belofte van nanowetenschap en nanotechnologie, " zegt Weiss. "Door de middelen te ontwikkelen om de eigenschappen van nanomaterialen af ​​te stemmen, Sargent en zijn collega's hebben aanzienlijke verbeteringen kunnen aanbrengen in een belangrijke apparaatfunctie, namelijk het effectiever vastleggen van een breder bereik van het zonnespectrum."