Исследователи создали новый тип солнечной батареи, отлавливающей часть избытка энергии в солнечном свете, обычно потерянном как тепло. До сих пор новые солнечные батареи все еще преобразовывают солнечный свет в электричество в эффективности значительно ниже коммерческих солнечных батарей. Но если процесс может быть улучшен, он мог бы помочь проложить путь к новому поколению солнечных батарей с более высокими полезными действиями.Для большинства материалов хорошо понята конверсия фотонов солнечного света к электричеству.
Фотоны различных цветов имеют различные суммы энергии. В видимом спектре красные и оранжевые оттенки имеют меньше энергии, в то время как блюз, фиалки и ультрафиолетовые фотоны несут прогрессивно больше. Когда богатые энергией фотоны поражают полупроводника в солнечной батарее, они бросают эту энергию к электронам полупроводника, возбуждение их от статического положения так, чтобы они были в состоянии провести. Во многих случаях богатые энергией фотоны — фиалки и ультрафиалки — несут намного больше энергии, чем необходимо, чтобы дать электронам толчок локтем для проведения.
Но этот избыток энергии потерян как тепло.Несколько лет назад исследователи от многих бригад сообщили, что богатые энергией фотоны в солнечном свете могли фактически взволновать больше чем один электрон, если бы полупроводник, который они поражают, состоял из частиц размера миллимикрона, названных квантовыми точками.
Этот процесс, известный как многократное экситонное поколение (MEG), дал надежду, что исследователи могли повысить эффективность солнечных батарей путем сбора этой дополнительной платы. Но делая работающий солнечные батареи MEG доказали медведя. Даже когда дополнительная плата была сгенерирована, исследователи изо всех сил пытались заставить их выпрыгивать из отдельных точек и пробиваться к электроду, связанному с проводом, куда их можно было послать на их способе сделать работу.В прошлом году исследователи во главе с Брюсом Паркинсоном, химиком в Университете Вайоминга, Ларами, о котором сообщают в Науке, что они сделали устройство с единственным слоем квантовых точек сульфида свинца на другом полупроводнике, взволновавшем больше электронов, чем он, получили фотоны, таким образом генерировав больший электрический ток – подпись MEG.
Но прибор был больше доказательством понятия, чем рабочая солнечная батарея: единственный слой точек упростил передавать электроны, но они отловили только крошечную часть света, и таким образом полное устройство не было эффективно.Теперь, исследователи во главе с Артуром Нозиком, химик в Национальной Лаборатории Возобновляемых источников энергии Золотого, Колорадо, сообщает, что они создали первую работу солнечная батарея MEG.
Ключ в создании устройства, Нозик говорит, придумывал рецепт для того, чтобы химически синтезировать и затем обработать квантовые точки. Когда синтезируется, точки — которые являются группами свинца и селена, приблизительно 5 миллимикронов в диаметре — заканчиваются украшенные длинными органическими молекулами, препятствующими тому, чтобы отдельные точки нанесли удар вместе.
Но прошлые исследования показали, что эти длинные органические цепочки действуют как пластмассовый изолятор вокруг провода. Они предотвращают взволнованные электроны, сгенерированные в одной точке от того, чтобы пропускать до ее соседей на электроде.Таким образом, бригада Нозика рассматривала их точки с одним-двумя химическими ударами двух бесцветных жидкостей, гидразина и 1,2-ethanedithiol, который оставил точки покрытыми коротко-цепочечной органикой. Это позволило нагрузкам более легкую мобильность.
И это привело к солнечным батареям приблизительно с 5%-й полной эффективностью при преобразовании света к электричеству, сообщает бригада онлайн сегодня в Науке. Это все еще значительно ниже стандартных кремниевых солнечных батарей, которые все еще делают лучшую работу, использующую полный солнечный спектр, и приблизительно на 20% эффективны.
Но что еще более важно, устройства собрали на 30% больше электрических нагрузок, чем число фотонов, ударивших квантовые точки, делая их первыми истинными солнечными батареями MEG.«Они взяли его к реальному устройству и продемонстрировали, что смогли собрать действительную мощность», говорит Паркинсон. И это, он добавляет, «показывает обещание для следующего поколения [солнечная батарея] проекты».
Паркинсон отмечает, что новая работа также показывает, что избыточные электроны сгенерированы, когда сумма энергии в фотонах, приблизительно 2,5 к 3 раза сумме должны были пнуть электроны в их энергичное состояние проведения, примерно тот же уровень, замеченный в прошлом году группой болезни Паркинсона.И Паркинсон и Нозик говорят, что ключ для области теперь должен будет найти способы синтезировать точки для получения этого ближе к 2 раза необходимой энергии, который должен заметно повысить эффективность солнечных батарей.
Если это происходит, бизнес солнечной батареи мог бы оказаться с новым соперником.