Verbetering van de efficiëntie van kwantumdotzonnecellen tot 11,53%

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

Een onderzoeksteam, geleid door 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 organische polymeren te gebruiken.

Zonnecellen gebruiken een eigenschap waarmee elektronen en gaten in de absorberende laag worden gegenereerd. De vrije vrije elektronen en het gat bewegen zich vervolgens door de cel en creëren en vullen gaten. Het is deze beweging van elektronen en gaten die elektriciteit opwekken. Daarom is het maken van meerdere elektron-gatparen en het transporteren ervan een belangrijke overweging bij het ontwerpen van efficiënte zonnecellen.

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

Over het algemeen combineren quantumdots-zonnecellen elektronenrijke quantumdots (n-type CQD’s) en gatrijke quantumdots (p-type QD’s). In dit werk ontwikkelde het onderzoeksteam op organische π-geconjugeerde polymeer (π-CP) gebaseerde HTM’s, die betere prestaties kunnen leveren dan 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 ladingen in colloïdale quantum dot-zonnecellen (CQDSC’s) wordt aanzienlijk verbeterd.

Als gevolg hiervan is het onderzoeksteam erin geslaagd om een ​​energieconversie-efficiëntie (PCE) van 11,53% te bereiken met een behoorlijke stabiliteit in de luchtopslag. Dit is de hoogst 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 vereist de fabricage van apparaten geen vaste-stof-liganduitwisselingsstap of laag-voor-laag afzettingsproces, wat gunstig is voor het benutten van commerciële verwerkingstechnieken”, aldus het onderzoeksteam.

“Deze studie lost het probleem van het transport van gaten op, dat het grootste obstakel was voor het opwekken van elektrische stromen in kwantumdotzonnecellen”, 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 zou hun prestaties verder kunnen verbeteren.”