Co jsou to solární články Quantum Dot?
Solární články s kvantovou tečkou jsou solární články postavené na síti krystalů vyráběných v nanometrovém měřítku, které mají potenciál překonat konvenční technologie solárních článků v důsledku zásadního omezení toho, jak solární články zachycují sluneční světlo. Standardní solární článek je postaven na vrstvě materiálu, která je nejúčinnější pro zachycení jednoho konkrétního pásma nebo vlnové délky světla. Kvantové tečky v solárních článcích s kvantovou tečkou však mohou být vytvořeny pro zachycení více pásem světla změnou jejich velikosti a chemického složení ve výrobním procesu. Díky tomu je řada různých kvantových teček na jedné vrstvě substrátu potenciálně schopna zachytit širokou škálu světelných vlnových délek, což z nich činí mnohem efektivnější a ekonomičtější výrobu než standardní solární články.
Technický limit pro přeměnu slunečního světla na elektrickou energii s materiálem solárních článků tvořeným jedním typem chemické struktury je teoreticky maximálně 31%. Komerční solární články mají od roku 2011 pouze praktickou úroveň účinnosti od 15% do 17% na své maximální úrovni. Výzkum probíhá již celá desetiletí s cílem nalézt zlepšení technologie solárních článků z několika výhodných bodů, jako je například snížení nákladů na fotovoltaický materiál založený na vysoce čistém křemíku nahrazením pružných polymerních a kovových substrátů. Výzkum solárních článků se také zaměřil na zachycení širšího spektra světla v pásmech, a to jak stohováním různých vrstev materiálů solárních článků, nebo inženýrstvím jedinečných krystalů, známých jako kvantové tečky, na jednu vrstvu solárních buněk. Všechny přístupy mají své nevýhody a solární články s kvantovou tečkou se také snaží využít svých výhod tam, kde je to možné.
Vyvíjející se technologie solárních článků s kvantovou tečkou je postavena na fyzice a chemii kvantových teček samotných, ale zahrnuje také princip vícevrstvého solárního článku a schopnost začlenit tyto komponenty do snadněji vyrobitelných, potenciálně - flexibilní substrát. V ideálním případě se tato technologie zaměřuje na výrobu tzv. Solárního článku s plným spektrem, schopného zachytit až 85% sálavého, viditelného světla a přeměnit jej na elektřinu, jakož i zachytit nějaké světlo v infračervených a ultrafialových pásmech. Energetické výstupy pro takové solární články dosáhly v laboratoři od roku 2011 účinnosti 42% a současné úsilí zahrnuje nalezení praktických, nákladově efektivních chemických struktur pro takovou technologii, aby bylo možné hromadně vyrábět.
Přístupy k solárním článkům příští generace se zaměřily na třípásmový mezerový nebo vícestupňový model, kde jsou vzájemně propojeny různé vrstvy polovodivých slitin gallium-arsenid-dusičnan. Další vícejunkční chemické složení použilo slitinu zinek-mangan-tellurium a solární články s kvantovou tečkou jsou také vyráběny ze sulfidu kadmia na substrátu oxidu titaničitého, který je potažen organickými molekulami pro propojení kovového substrátu a kvantových teček. Další variace tří vrstev pásové mezery zahrnují výzkum pomocí indium-gallium-fosfidu, indium-galium-arsenidu a germania. Zdá se, že mnoho chemických kombinací funguje a zdá se, že velikost molekul použitých v procesu, jako je organická propojovací vrstva, má přímější dopad na účinnost kvantových teček solárních článků pro zachycení širokého spektra světla než skutečná chemie samotných materiálů. Vrstvy ve vícesměrovém solárním článku, včetně samotných kvantových teček, však musí být často tlusté než dva nanometry, což vyžaduje extrémně jemnou úroveň přesnosti, aby bylo možné vyrobit pouze mikročipová zařízení, která vytvářejí počítačové procesory a paměť. schopný ve velkém měřítku.
Cílem výzkumu kvantových teček solárních článků je zefektivnit a zlevnit výrobu solárních článků. V ideálním případě budou postaveny na pružných polymerních materiálech, aby mohly být natřeny na budovy nebo použity jako nátěr pro přenosnou elektroniku. Potom by také mohli být tkáni do syntetických tkanin pro oděvy a čalounění v autech. To by poskytlo technologii solárních článků rozšířené aplikace v elektrické výrobě, které by mohly doplnit nebo nahradit potřebu fosilních paliv pro mnoho běžných potřeb spotřebitelů, včetně regulace klimatu, telekomunikací, dopravy a osvětlení. Takové solární články byly vytvořeny v laboratoři v USA, Kanadě, Japonsku a dalších zemích a první společnost, která najde metodu levné hromadné výroby této technologie, pravděpodobně zachytí světový trh v nebývalém měřítku.