Gewone zonnecellen gemaakt van kristallijn silicium hebben slechts toegang tot ongeveer de helft van het totale zonlichtspectrum voor het omzetten van lichtenergie in elektriciteit. Op zoek naar effectievere materialen, Chinese wetenschappers hebben nu drie halfgeleidende sulfidekristallen gecombineerd tot een ternair nanogestructureerd fotovoltaïsch systeem dat straling absorbeert van ultraviolet tot nabij-infraroodgebied. Zoals ze rapporteren in het journaal Angewandte Chemie , de nanostaafjes zetten de lichtenergie met het volledige spectrum effectief om in elektrische stroom. Deze ontdekking markeert een nieuw niveau in de ontwikkeling van efficiëntere zonnecellen.

Het fotovoltaïsche materiaal dat tegenwoordig het meest wordt gebruikt, is kristallijn silicium, maar het absorbeert zonlicht alleen effectief in het zichtbare gebied. Andere halfgeleidende materialen bestrijken enigszins verschillende gebieden van het zonnespectrum, maar de meest efficiënte fotovoltaïsche materialen zouden duidelijk die zijn die elk gebied van ultraviolet tot infrarood omvatten. Shu-Hong Yu en Jun Jiang en hun medewerkers aan de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China in Hefei hebben nu een nanogestructureerd systeem geïntroduceerd dat is gemaakt van drie sulfidekristallen. Het ternaire hybride materiaal van zink, cadmium, en kopersulfiden absorberen effectief het ultraviolet, zichtbaar, en nabij infrarood licht, en de gesegmenteerde knoop-mantelstructuur van de kleine staafjes zorgt voor de ideale uitlijning van de energieband voor een effectieve accumulatie van ladingsdragers.

De basis van dit fotoverzamelsysteem zijn staafjes van zinksulfide met nanogrootte waarop kristallijne omhulsels van cadmiumsulfide zijn afgezet als een schikking van parels. De zinksulfidebasis zorgt voor de UV-absorptie, terwijl het cadmiumsulfide het zichtbare lichtgebied bedekt. Als derde component voor IR-absorptie, de wetenschappers kozen voor kopersulfide nanokristallen met kopertekorten, omdat bekend is dat dit materiaal een speciaal type absorptie heeft in het nabij-infrarode gebied, oppervlakteplasmonresonantie genaamd. "Deze heteronanoroden absorberen bijna het volledige spectrum van zonne-energie, ', melden de wetenschappers.

Om de functionaliteit van de nanostaafjes te testen, de wetenschappers maten hun prestaties in een foto-elektrochemische watersplitsende cel. Bij volledige spectrumverlichting, de fotostroomrespons werd uitgesproken, wat een eerste experimenteel bewijs was voor het succesvolle ontwerp van hun fotovoltaïsch materiaal. Een van de cruciale resultaten van dit werk, echter, was de juiste aanpassing van de gevoelige heterojuncties die de verschillende halfgeleidende structuren verbinden om de energiehiaten van de halfgeleidende materialen op één lijn te brengen. "Zo'n verspringende uitlijning maakt de scheiding mogelijk van de door foto gegenereerde elektronen en gaten in de ternaire hybride nanostructuur, " zeggen de auteurs. Hoewel er nog meer experimenten moeten worden uitgevoerd, dit ternaire halfgeleidersysteem kan worden beschouwd als een belangrijke stap in de richting van een nieuwe generatie efficiënte zonnecellen die de regenboogkleuren en daarbuiten dekken.