Связывание квантовых точек повысит производительность солнечных батарей

Группа ученых из Нидерландов впервые показала, что свободные электроны, полученные в солнечной батарее в результате поглощения фотона, могут свободно перемещаться в слоях связанных квантовых точек. По мнению исследователей, их открытие может иметь большое значение для развития дешевых и эффективных солнечных элементов на базе квантовых точек.

На сегодняшний день в связи с увеличением потребления энергии в развитых странах одной из передовых тем исследований являются поиски альтернативного источника этой. Один из наиболее простых и доступных вариантов – солнечная энергия, доступная практически везде.

Основная проблема, с которой приходится столкнуться при использовании энергии солнца, заключается в преобразовании света в электричество. Существующие на сегодняшний день кремниевые солнечные батареи хоть и достаточно эффективны, слишком дороги для массового производства. Более дешевые варианты солнечных ячеек на базе других материалов при этом пока не достаточно эффективны. К примеру, предел эффективности органических солнечных элементов – не более 8%.

Теоретически улучшить свойства солнечных ячеек можно при помощи нанотехнологий. К сожалению, исследования показали, что далеко не все нанострукутуры оказывают положительное влияние на эффективность ячеек. К примеру, работы многих ученых показывают, что в нанокристаллах фотоны вместо высвобождения свободного электрона, обычно формируют экситоны (связанные пара электрона и фотона), которые нельзя извлечь при помощи электродов. Аналогичная проблема наблюдается в органических солнечных ячейках – поглощенные фотоны не производят в них нужного количества свободных электронов.

Один из функциональных способов повышения эффективности солнечных батарей – использование полупроводниковых наночастиц в качестве структурного материала.

В теории эффективность подобных ячеек может достигать 44%.

Это возможно благодаря тому, что один фотон в квантовой точке может вызывать лавинное высвобождение электронов (хотя в традиционной солнечной батарее каждая поглощенная частица высвобождает только один электрон).

Известно, что при поглощении фотона происходит образование пары свободных носителей тока – электрона и дырки. Ранее исследователи уже преуспели в создании таких пар в отдельных квантовых точках, но эту технологию до сих пор нельзя было применить в реальных солнечных батареях, где оба типа носителей должны иметь возможность свободно перемещаться к электродам.

Группа ученых из Delft University of Technology (Нидерланды) решила эту проблему, показав, что

**квантовые точки действительно применимы для создания солнечных батарей, т.к. электроны и дырки могут свободно перемещаться между ними, если отдельные точки связаны между собой с помощью «соединительных» молекул.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

По мнению исследователей, если покрытие солнечной ячейки будет состоять из плотно сгруппированных квантовых точек, такая система сможет поглощать даже один единственный фотон, т.к., согласно эксперименту, в этом случае не образуется упомянутых выше экситонных пар. Более того, по мнению исследователей, свойствами такого покрытия из квантовых точек можно управлять, регулируя расстояние между отдельными точками.

Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com