WASHINGTON — V.S. Naval Research Laboratory (NRL) onderzoekswetenschappers en ingenieurs in de Electronics Science and Technology Division hebben tot nu toe de hoogste geregistreerde nullastspanningen voor quantum dot-zonnecellen aangetoond. Met behulp van colloïdaal loodsulfide (PbS) nanokristal quantum dot (QD) stoffen, onderzoekers bereikten een nullastspanning (VOC) van 692 millivolt (mV) met behulp van de QD-bandgap van een 1,4 elektronvolt (eV) in QD-zonnecel onder één-zonverlichting.

"Deze resultaten tonen duidelijk aan dat er een enorme kans is voor verbetering van nullastspanningen van meer dan één volt door kleinere QD's in QD-zonnecellen te gebruiken, " zei Woojun Yoon, doctoraat, NRC postdoctoraal onderzoeker, NRL Solid State Devices Branch. "De verwerkbaarheid van oplossingen in combinatie met het potentieel voor meerdere excitongeneratieprocessen maken nanokristallen kwantumstippen veelbelovende kandidaten voor goedkope en zeer efficiënte fotovoltaïsche zonne-energie van de derde generatie."

Ondanks dit opmerkelijke potentieel voor het genereren van hoge fotostroom, de haalbare nullastspanning is fundamenteel beperkt vanwege niet-stralingsrecombinatieprocessen in QD-zonnecellen. Om deze grens te overwinnen, NRL-onderzoekers hebben moleculaire passivering in metalen-QD Schottky-junctie (unidirectionele metaal-naar-halfgeleiderovergang) zonnecellen opnieuw ontworpen die in staat zijn om de hoogste nullastspanningen te bereiken die ooit zijn gerapporteerd voor colloïdale QD-gebaseerde zonnecellen.

Experimentele resultaten tonen aan dat door de passivering van het PbS QD-oppervlak te verbeteren door op maat gemaakte gloeien van QD en metaal-QD-interface met behulp van lithiumfluoride (LiF) passivering met een geoptimaliseerde LiF-dikte. Dit blijkt van cruciaal belang voor het verminderen van donkere stroomdichtheden door gelokaliseerde vallen in het PbS QD-oppervlak en de metaal-QD-interface dicht bij de kruising te passiveren, waardoor niet-stralingsrecombinatieprocessen in de cellen worden geminimaliseerd.

Over de afgelopen tien jaar, Department of Defense (DoD) analyses en het recente FY12 Strategic Sustainability Performance Plan van het departement, heeft de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen van het leger aangehaald als een strategisch risico en heeft investeringen in hernieuwbare energie en energie-efficiëntie geïdentificeerd als belangrijke risicobeperkende maatregelen. Onderzoek bij NRL zet zich in om de doelen en missie van de DoD te ondersteunen door basis- en toegepast onderzoek te leveren naar missieklare hernieuwbare en duurzame energietechnologieën die hybride brandstoffen en brandstofcellen omvatten, fotovoltaïsche, en koolstofneutrale biologische micro-organismen.