В исследовании 2014 года, опубликованном в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, Колледже Св. Марии энергии Мэриленда, опытный профессор Трой Таунсенд ввел первую полностью обработанную решением все-неорганическую фотогальваническую технологию.
В то время как достижения по органической гелиотехнике тонкой пленки быстро растут, неорганические устройства все еще держат отчет для самых высоких полезных действий, который происходит частично из-за их широкого спектрального поглощения и превосходных электронных свойств. Рассмотрение зарегистрированных более высоких полезных действий и более низкой цены за ватт по сравнению с органическими устройствами, объединенными с расширенным тепловым и фото стабильностью оптового масштаба неорганические материалы, Таунсенд, в его исследовании 2014 года, сосредоточенном на все-неорганической основанной структуре для фальсификации полностью основанной на растворе солнечной батареи от начала до конца.
Главный недостаток по сравнению с органикой, однако, то, что неорганические материалы трудно внести из решения. Чтобы преодолеть это, Таунсенд синтезировал материалы по наноразмерному. Неорганические нанокристаллы, заключенные в органическую раковину лиганда, разрешимы в органических растворителях и могут быть депонированы из решения (т.е., вращение – падение – пальто брызг), тогда как традиционные неорганические материалы требуют вакуумной палаты высокой температуры.
Солнечные устройства изготовлены от наноразмерных чернил частицы легких абсорбирующих слоев, селенида теллурида/кадмия кадмия и металлических чернил выше и ниже. Таким образом, все электронное устройство может быть основано на непроводящих стеклянных основаниях, используя оборудование, которое Вы можете найти в своей кухне.Выдающаяся проблема, стоящая перед неорганическими нанокристаллами (на 3-5 нм), состоит в том, что они должны быть отожжены или нагреты, чтобы сформировать большее ‘оптовое зерно’ масштаба (100 нм к 1 μ m), чтобы произвести рабочие устройства.
Таунсенд недавно подошел к морским исследователям, чтобы исследовать этот процесс.«Когда Вы распыляете на этих нанокристаллах, Вы должны нагреть их, чтобы заставить их работать», объяснил Таунсенд, «но Вы не можете только нагреть кристаллы собой, Вы должны добавить агента спекания и что, в течение прошлых 40 лет, был хлорид кадмия, токсичная соль, используемая в коммерческих устройствах тонкой пленки. Никто не проверил нетоксичные альтернативы на наноразмерные устройства чернил, и мы хотели исследовать механизм процесса спекания, чтобы быть в состоянии осуществить более безопасные соли».В его последнем исследовании, опубликованном в этом году в Журнале Химии Материалов A, Таунсенд, наряду с морскими исследователями, нашел, что нашатырный спирт – нетоксичная, недорогая жизнеспособная альтернатива хлориду кадмия для нанокристаллических солнечных батарей.
Это открытие произошло после тестирования нескольких различных солей. Устройства сделали использование нашатырного спирта (который обычно используется в создании хлеба), имел сопоставимые особенности устройства к сделанным с хлоридом кадмия, и движение далеко от лечения соли кадмия облегчает опасения по поводу здоровья окружающей среды и безопасности текущих методов обработки.Команда также обнаружила, что роль соленого лечения включает решающие реакции удаления лиганда. Это уникально для неорганических нанокристаллов и не наблюдается для вакуумных методов смещения оптового масштаба. «Большая увлекательная работа была сделана на нанокристаллической бирже лиганда, но, впервые, мы объяснили двойную роль соли как агент обмена лиганда и одновременный агент спекания.
Это – важное различие для этих устройств, потому что нанокристаллы, как правило, синтезируются с родной органической раковиной лиганда. Эта раковина должна быть ликвидирована прежде, чем нагреться, чтобы улучшить электронные свойства фильма», сказал Таунсенд об открытии. Поскольку наноматериалы в центре появляющихся новых свойств по сравнению с их оптовым коллегой, исследование важно для будущего электронной фальсификации устройства.Исследование происходит в связи с объявлением администрации Обамы в июле, чтобы поместить больше солнечных батарей на недорогое жилье и расширить доступ к солнечной энергии для съемщиков и недавнее обещание получить 20 процентов американского полного электричества из возобновляемых источников к 2030 году.
«Прямо сейчас солнечная технология несколько недосягаема для среднего человека», сказал Таунсенд. «Мечта должна сделать собрание и процесс установки столь дешевыми и простыми, что Вы можете пойти в свой местный строительный магазин и купить комплект и затем распылить его на своей собственной крыше. Именно поэтому мы мы работаем над брызгами – на солнечных батареях».
Таунсенд планирует дальнейшее исследование увеличить эффективность все-неорганических нанокристаллических солнечных батарей (в настоящее время достигающий пяти процентов), строя их с абсолютно нетоксичными компонентами.