Меньшие частицы могли бы сделать солнечные батареи более эффективными

Меньшие частицы могли бы сделать солнечные батареи более эффективными

Исследования, проведенные Марком Ласком и его коллегами из Colorado School of Mines могут значительно повысить эффективность солнечных батарей. Их последняя работа - о том, как размер поглощающих свет частиц — квантовых точек — влияет на способность частиц передавать энергию электронам, чтобы произвести электричество.

Предполагается, (см. рис.) что электрон, поглотивший световую энергию, может передать её одно- и более валентным электронам, которые, в результате, перескакивают запрещённую зону квантовой точки. Это может привести к рождению сразу нескольких экситонов (связанных пар электрон-дырка) от одного поглощённого фотона. Верхнее изображение показывает концептуальное версию идеи, а нижнее показывает фактические экситон и би-экситон с использованием той же цветовой гаммы. (Courtesy of Mark T. Lusk, Department of Physics, Colorado School of Mines)

Результаты исследования опубликованы в апрельском номере журнала ACS Nano.

Учёные предоставляют доказательства, подтверждающие идею, которая называется многоэкситонная генерация (multiple exciton generation, MEG). Теория заключается в том, что электрон, поглотивший световую энергию, может передать её одно- или более валентным электронам, которые, в результате, перескакивают запрещённую зону квантовой точки. Это может привести к рождению сразу нескольких экситонов (связанных пар электрон-дырка) от одного поглощённого фотона.

Квантовые точки соразмерны с атомами и ограничивают электроны в небольшом пространстве. У них есть «атомно-подобное» поведение, которое приводит к необычным электронным свойствам на наноуровне. Эти уникальные свойства могут быть особенно ценными при взаимодействии света с веществом.

Экспериментальная проверка связи между MEG и квантовым размером точки - горячая тема, из-за разности мнений в ранее опубликованных исследованиях. Способность произвести электрический ток после MEG, в настоящее время, привлекает большое внимание, потому что это будет необходимым компонентом любой коммерческой реализации многоэкситонной генерации (MEG).

В этом исследовании Ласка и его коллег поддержал Национальный научный фонд (NSF), и они, используя высокопроизводительный компьютер, сделали количественную оценку взаимосвязи между скоростью генерации экситонов и размеров квантовых точек.

Они обнаружили, что каждая точка имеет свою часть солнечного спектра, в котором он лучше всего выполняет MEG, и что более мелкие точки генерируют экситоны более эффективно, чем большие. Это означает, что солнечные элементы, сделанные из квантовых точек, специально настроенных на солнечный спектр, будут гораздо более эффективны, чем солнечные элементы, сделанные из традиционного материала.

Ласк заявляет: «Мы можем теперь проектировать наноструктуру материалов, которые производят больше одного экситона от одного фотона света, что производит больше электричества от энергии, которая раньше просто грела бы солнечную батарею».

Исследовательская группа, в которой участвует National Renewable Energy Laboratory, частично финансируется NSF и Инженерным центром из Colorado School of Mines.
Центр изучает новые материалы, которые будут значительно влиять на технологии возобновляемых источников энергии.

Исследование уникальных свойств наноструктурных материалов, повышающих производительность солнечных батарей, представляет особый интерес для центра.

«Эти результаты являются захватывающими, поскольку они в значительной степени содействуют решению давних дискуссий по этой проблеме», - сказала Мэри Галвин, директор программ отдела исследований материалов в NSF.

«Не менее важно то, что они будут способствовать созданию новых методов проектирования, чтобы сделать более эффективные солнечные батареи».

  • Дата публикации: 12.05.2011
  • 228

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться