Nieuwe quantum dot-benadering kan de elektrische geleidbaarheid van zonnecellen verbeteren

Een team onder leiding van professor Jongmin Choi van het Department of Energy Science and Engineering heeft een PbS-kwantumdot ontwikkeld die de elektrische geleidbaarheid van zonnecellen snel kan verbeteren. De bevindingen zijn gepubliceerd in het journaal Klein.

Het team identificeerde een methode om de elektrische geleidbaarheid te verbeteren door het gebruik van “pulsvormig” licht, dat met regelmatige tussenpozen op een geconcentreerde manier aanzienlijke energie genereert. Deze methode zou het warmtebehandelingsproces kunnen vervangen, wat een aanzienlijke hoeveelheid tijd kost om hetzelfde resultaat te bereiken. Verwacht wordt dat deze aanpak de productie en commercialisering van PbS quantum dot-zonnecellen in de toekomst zal vergemakkelijken.

PbS-kwantumdots zijn halfgeleidermaterialen op nanoschaal die actief worden onderzocht voor de ontwikkeling van de volgende generatie zonnecellen. Ze kunnen een breed scala aan golflengten van zonlicht absorberen, waaronder ultraviolet, zichtbaar licht, nabij-infrarood en kortegolf-infrarood, en hebben lage verwerkingskosten vanwege de oplossingsverwerking en uitstekende foto-elektrische eigenschappen.

De fabricage van PbS quantum dot-zonnecellen omvat verschillende processtappen. Tot voor kort werd het warmtebehandelingsproces als een essentiële stap beschouwd, omdat het effectief een laag kwantumdots op een substraat aanbrengt en het materiaal een warmtebehandeling geeft om de elektrische geleidbaarheid verder te vergroten.

Wanneer PbS-kwantumdots echter worden blootgesteld aan licht, hitte en vocht, kan de vorming van defecten op hun oppervlak worden versneld, wat leidt tot ladingsrecombinatie en verslechtering van de prestaties van het apparaat. Dit fenomeen maakt het een uitdaging om deze materialen op de markt te brengen.

Om de vorming van defecten op het oppervlak van PbS-kwantumdots te onderdrukken, heeft een team onder leiding van professor Choi een warmtebehandeling voorgesteld waarbij de stippen gedurende een korte periode van enkele milliseconden aan licht worden blootgesteld. Conventionele technieken voor de warmtebehandeling van PbS-kwantumdotlagen omvatten het gedurende tientallen minuten verwarmen op hoge temperaturen met behulp van kookplaten, ovens, enz.

De door het onderzoeksteam voorgestelde “pulse-type warmtebehandelingstechniek” overwint de tekortkomingen van de bestaande methode door sterk licht te gebruiken om het warmtebehandelingsproces in een paar milliseconden te voltooien. Dit resulteert in de onderdrukking van oppervlaktedefecten en de verlenging van de levensduur van ladingen (elektronen, gaten) die elektrische stroom genereren. Bovendien wordt een hoog rendement bereikt.

“Door dit onderzoek hebben we de efficiëntie van zonnecellen kunnen verbeteren door een nieuw warmtebehandelingsproces te ontwikkelen dat de beperkingen van het bestaande kwantumdot-warmtebehandelingsproces kan overwinnen”, zegt professor Choi van de afdeling Energiewetenschappen en Techniek van DGIST. .

“Bovendien wordt verwacht dat de ontwikkeling van een quantum dot-proces met een uitstekend rimpeleffect de wijdverbreide toepassing van deze technologie op een reeks opto-elektronische apparaten in de toekomst zal vergemakkelijken.”

Dit onderzoek werd gedaan in samenwerking met professor Changyong Lim van de afdeling Energy Chemical Engineering van de Kyungpook National University en professor Jongchul Lim van de afdeling Energy Engineering van de Chungnam National University.