Quantum dots (QD's) zijn halfgeleiderdeeltjes met een diameter van slechts enkele nanometers, dankzij hun kleine formaat, bijzondere optische en elektronische eigenschappen vertonen als gevolg van de kwantummechanica. Met bestaande en voorziene toepassingen in schermen, verlichting, lasers, en energiewinning, onderzoek naar kwantumstippen vordert gestaag. Vooral, colloïdale QD's (CQD's) staan ​​al meer dan tien jaar in de schijnwerpers van nanotechnologie.

CQD's zijn halfgeleider nanokristallen die gemakkelijk kunnen worden geproduceerd uit op oplossingen gebaseerde processen, waardoor ze geschikt zijn voor massaproductie. Echter, om op CQD gebaseerde apparaten optimaal te laten werken, de kwantumstippen zouden monodispers moeten zijn, dat wil zeggen, ze moeten allemaal dezelfde maat hebben. Als hun afmetingen niet gelijk zijn (polydispers), de energetische stoornis in het opto-elektronische apparaat neemt toe, wat op zijn beurt zijn prestaties belemmert. Hoewel er enkele strategieën bestaan ​​om polydispersiteit in CQD's te bestrijden, het probleem is lastiger te vermijden in op perovskiet gebaseerde CQD's (Pe-CQD's), die een zuiveringsstap met een anti-oplosmiddel vereisen. Deze stap leidt steevast tot agglomeratie van nanodeeltjes, en uiteindelijk, grote variaties in grootte tussen quantum dots.

Hoewel het nodig kan zijn om goed gezuiverde monodisperse Pe-CQD's te produceren om zeer efficiënte zonnecellen te produceren, niemand heeft de relatie tussen polydispersiteit en fotovoltaïsche (conversie) prestaties zorgvuldig onderzocht. Om deze kennislacune op te vullen, Dr. Younghoon Kim en assistent-professor Jongmin Choi van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea, leidde onlangs een team van wetenschappers in een studie die werd gepubliceerd in ACS Energiebrieven . De onderzoekers gebruikten een techniek genaamd gelpermeatiechromatografie om nanodeeltjes te 'filteren' en te groeperen op basis van hun grootte, zoals bevestigd door verschillende metingen van hun optische eigenschappen en transmissie-elektronenmicroscopie. Met deze aanpak, ze slaagden erin om suspensies van Pe-CQD's met verschillende graden van polydispersiteit te verkrijgen.

Daarna, ze gebruikten deze suspensies om zonnecellen te fabriceren en demonstreerden het verband tussen polydispersiteit en prestaties. Zoals verwacht, de monodisperse suspensie resulteerde in een betere zonnecel dankzij het homogene energielandschap, wat leidde tot een hogere lichtabsorptie binnen de optimale frequentieband. "Met de monodisperse Pe-CQD's, onze zonnecellen bereikten een stroomconversie-efficiëntie van 15,3% en een nullastspanning van 1,27 V. Deze waarden zijn de hoogste ooit gerapporteerd voor Pe-CQD's op basis van CsPbI ₃ , de perovskiet die we gebruikten, benadrukt Dr. Kim.

Algemeen, deze studie is een springplank op het gebied van zonnecellen op basis van Pe-CQD's, die nog steeds beter moeten presteren dan hun op silicium gebaseerde tegenhangers om commercialisering te rechtvaardigen. "Onderzoek naar Pe-CQD-zonnecellen begon ongeveer vier jaar geleden, dus verdere studies zijn nodig om de prestaties en stabiliteit van het apparaat te verbeteren. Nog altijd, onze aanpak voor het minimaliseren van energetische stoornissen met behulp van monodisperse Pe-CQD's maakt de weg vrij om hun potentieel in opto-elektronische toepassingen verder te ontwikkelen, " concludeert Dr. Choi.