Co jsou kvantové tečkované solární články?

Sluneční buňky kvantové tečky jsou solární články postavené na síti krystalů vyrobených v nanometrové stupnici, které mají potenciál překonat konvenční technologie solárních článků v důsledku základního omezení toho, jak solární články zachycují sluneční světlo. Standardní solární článek je postaven na vrstvě materiálu, který je nejúčinnější při zachycení jednoho konkrétního pásma nebo vlnové délky světla. Kvantové tečky v kvantové tečce solárních článků však mohou být vytvořeny tak, aby zachytily více pásů světla změnou jejich velikosti a chemického make -upu ve výrobním procesu. Díky tomu je řada různých druhů kvantových teček na jedné vrstvě substrátu, který je schopen zachytit širokou škálu světelných vlnových délek, což je činí mnohem efektivnější a ekonomičtější produkcí než standardní solární články.

Technický limit pro přeměnu slunečního světla na elektrickou energii se solárním článkem složeným z jednoho tYPE chemické struktury je teoreticky maximálně 31%. Komerční solární články od roku 2011 mají však praktickou úroveň účinnosti 15% až 17% na své maximální úrovni. Výzkum probíhá po celá desetiletí s cílem najít vylepšení technologie solárních článků z několika výhodných bodů, jako je snížení nákladů fotovoltaického materiálu založeného na vysoce čistém křemíku nahrazením flexibilního polymeru a kovových substrátů. Výzkum solárních článků se také zaměřil na zachycení širšího rozsahu světla pásma, a to jak na stohování různých vrstev solárních materiálů nebo inženýrských jedinečných krystalů, známých jako kvantové tečky, na jedné vrstvě solárních článků. Všechny přístupy mají své nevýhody a kvantové dot solární články se také pokoušejí využít své výhody, pokud je to možné.

Vznikající technologie kvantových tečkových solárních článků je postavena na fyzice a chemii samotných kvantových teček, ale zahrnuje také princip vícevrstvých solárních článků a schopnostiZačlenit tyto komponenty do snadněji zpracovaného, ​​potenciálně flexibilního substrátu. V ideálním případě se tato technologie zaměřuje na výrobu tzv. Slunečních článků s plným spektrem, schopné zachytit až 85% Radiant, Visible Light a převést ji na elektřinu a také zachytit nějaké světlo v infračervených a ultrafialových pásech. Energetické výstupy pro takové solární články dosáhly od roku 2011 42% v laboratoři a současné úsilí zahrnuje nalezení praktických, nákladově efektivních chemických struktur pro takovou technologii, aby mohla být vyráběna hromadně.

Přístupy k solárních článků nové generace se zaměřily na model tří pásů nebo multi-junkční model, kde jsou propojeny různé vrstvy polovodivých slitin gallium-arnenid-nitrátu. Další chemické složení s multi-junkcí použilo zinc-mangansko-tellurium slitinu a kvantové tečkové solární články se také vyrábějí z kadmia-sulfidu na substrátu oxidu titaničitého, který je potažen orgaNIC molekuly pro propojení kovového substrátu a kvantové tečky. Mezi další variace na třech vrstvách pásů patří výzkum s použitím indium-gallium-fosfidu, indium-gallium-armenid a germanium. Zdá se, že mnoho chemických kombinací funguje a zdá se, že velikost molekul použitých v procesu, jako je organická propojovací vrstva, má větší přímý dopad na účinnost kvantových tečkových solárních článků k zachycení širokého spektra světla než skutečná chemie samotných materiálů. Vrstvy v multi-junkčním solárním článku, včetně samotných kvantových teček, však často musí být méně než dva nanometry silné, což vyžaduje extrémně jemnou úroveň přesnosti, aby se vytvořily pouze zařízení mikročipové fab, která vytvářejí počítačové procesory a paměť, jsou schopny v hromadné měřítku.

Cílem výzkumu kvantových DOT solárních článků je zvýšit výrobu solárních článků efektivnějších i levnějších. V ideálním případě budou postaveny na flexibilním pOlymerové materiály tak, aby mohly být natřeny na budovy nebo použity jako povlak pro přenosnou elektroniku. Potom by byli také schopni být tkaní do syntetických tkanin pro oblečení a čalounění v autech. To by poskytlo technologii solárních článků rozšířené aplikace v elektrické tvorbě, které by mohly doplnit nebo nahradit potřebu využití fosilních paliv pro mnoho běžných potřeb spotřebitelů, včetně kontroly klimatu, telekomunikací, přepravy a osvětlení. Takové solární články byly vytvořeny v laboratoři v USA, Kanadě, Japonsku a dalších zemích a první společnost, která našla metodu levné hromadné výroby této technologie, pravděpodobně zachytí světový trh s bezprecedentním měřítkem.