Er is een nieuwe technologie onthuld die de efficiëntie van quantum dot-zonnecellen kan verbeteren tot 11,53%. Gepubliceerd in het februari 2020 nummer van Geavanceerde energiematerialen , het is geëvalueerd als een onderzoek dat de uitdagingen van het genereren van elektrische stromen uit zonlicht door zonnecellen heeft opgelost door de extractie van gaten te verbeteren.

Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Sung-Yeon Jang van de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST heeft een fotovoltaïsch apparaat ontwikkeld dat de prestaties van quantum dot-zonnecellen maximaliseert door gebruik te maken van organische polymeren.

Zonnecellen gebruiken een eigenschap waarvan elektronen en gaten in de absorberende laag worden gegenereerd. De vrije vrije elektronen en het gat bewegen dan door de cel, gaten maken en opvullen. Het is deze beweging van elektronen en gaten die elektriciteit opwekken. Daarom, het creëren van meerdere elektron-gat-paren en het transport ervan zijn een belangrijke overweging bij het ontwerp van efficiënte zonnecellen.

Het onderzoeksteam schakelde één kant van de quantum dot-zonnecellen over op organische gatentransportmaterialen (HTM's) om gaten beter te extraheren en te transporteren. Dit komt omdat het nieuw ontwikkelde organische polymeer niet alleen een superieur vermogen heeft om gaten te extraheren, maar voorkomt ook dat elektronen en gaten recombineren, die een efficiënt transport van gaten naar de anode mogelijk maken.

Over het algemeen, quantum dot zonnecellen combineren elektronenrijke quantum dots (n-type CQD's) en gatenrijke quantum dots (p-type QD's). In dit werk, het onderzoeksteam ontwikkelde HTM's op basis van organisch π‐geconjugeerd polymeer (π‐CP), die prestaties kan bereiken die superieur zijn aan die van ultramoderne HTM, p-type CQD's. De moleculaire engineering van de π‐CP's verandert hun opto-elektronische eigenschappen, en het genereren en verzamelen van lading in colloïdale quantum dot zonnecellen (CQDSC's), het gebruik ervan aanzienlijk verbeterd.

Als resultaat, het onderzoeksteam is erin geslaagd om een ​​stroomconversie-efficiëntie (PCE) van 11,53% te bereiken met een behoorlijke luchtopslagstabiliteit. Dit is de hoogste gerapporteerde PCE onder CQDSC's die organische HTM's gebruiken, en zelfs hoger dan de gerapporteerde beste solid-state liganduitwisselingsvrije CQDSC met pCQD-HTM. "Vanuit het oogpunt van apparaatverwerking, de fabricage van het apparaat vereist geen vaste-stof liganduitwisselingsstap of laag-voor-laag afzettingsproces, wat gunstig is voor de exploitatie van commerciële verwerkingstechnieken, " merkte het onderzoeksteam op.

"Deze studie lost het probleem van gatentransport op, wat het grootste obstakel is geweest voor het genereren van elektrische stromen in quantum dot-zonnecellen, ", zegt professor Jang. "Dit werk suggereert dat de moleculaire engineering van organische π‐CP's een efficiënte strategie is voor gelijktijdige verbetering van PCE en verwerkbaarheid van CQDSC's, en aanvullende optimalisatie kan hun prestaties verder verbeteren."