Was sind Quantenpunkt -Solarzellen?
Quantenpunkt -Solarzellen sind Solarzellen, die auf einem Netzwerk von Kristallen basieren, die auf der Nanometer -Skala hergestellt werden und die konventionellen Solarzellentechnologien aufgrund einer grundlegenden Einschränkung der Erfassung von Sonnenlicht von Solarzellen übertreffen können. Eine Standard -Solarzelle basiert auf einer Materialschicht, die am effizientesten eine bestimmte Bande oder Wellenlänge des Lichts erfasst. Die Quantenpunkte in Quantenpunkt -Solarzellen können jedoch erstellt werden, um mehrere Lichtbanden zu erfassen, indem sie ihre Größe und ihre chemische Make -up im Herstellungsprozess variieren. Dies führt zu einer Reihe verschiedener Arten von Quantenpunkten auf einer Substratschicht, die möglicherweise in der Lage ist, eine breite Palette von Lichtwellenlängen zu erfassen, wodurch sie viel effizienter und wirtschaftlicher werden als Standard -Solarzellen.
Die technische Grenze für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mit einem Solarzellenmaterial aus einem tYPE der chemischen Struktur ist theoretisch maximal 31%. Kommerzielle Solarzellen im Jahr 2011 haben jedoch nur ein praktisches Effizienzniveau von 15 bis 17% bei ihrem maximalen Niveau. Untersuchungen sind seit Jahrzehnten im Gange, um Verbesserungen der Solarzellentechnologie aus mehreren Sichtpunkten zu finden, z. Die Solarzellenforschung konzentrierte sich auch auf die Erfassung eines breiteren Lichtspaltungsbereichs von Licht, sowohl durch Stapel verschiedener Schichten von Solarzellenmaterialien oder technischen einzigartigen Kristallen, die als Quantenpunkte bezeichnet werden, auf einer Solarzellenschicht. Alle Ansätze haben ihre Nachteile, und Quantenpunkt -Solarzellen versuchen auch, ihre Vorteile soweit möglich zu nutzen.
Die aufkommende Technologie von Quantenpunkt-Solarzellen basiert auf der Physik und Chemie der Quantenpunkte selbst, umfasst aber auch das Prinzip einer mehrschichtigen Solarzelle und die FähigkeitUm diese Komponenten in ein leichter hergestellter, potenziell flexibler Substrat einzubeziehen. Im Idealfall zielt die Technologie darauf ab, eine sogenannte Vollspektrum-Solarzelle zu erzeugen, die bis zu 85% strahlendes, sichtbares Licht erfassen und in Elektrizität umgewandelt und etwas Licht in den Infrarot- und Ultraviolettbändern erfasst. Die Energieausgaben für solche Solarzellen haben im Labor seit 2011 eine Effizienz von 42% erreicht, und die aktuellen Anstrengungen beinhalten die Suche nach praktischen, kostengünstigen chemischen Strukturen für solche Technologien, damit sie in Massen erzeugt werden kann.
Ansätze für Solarzellen der nächsten Generation haben sich auf das Drei-Band-Lücken oder das Multi-Junction-Modell konzentriert, bei denen verschiedene Schichten von halbleitenden Legierungen von Gallium-Arsenid-Nitrat miteinander verbunden sind. Eine weitere chemische Zusammensetzung mit mehreren Geschworenen hat eine Zink-Mangan-Tellurium-Legierung verwendet, und Quantenpunkt-Solarzellen werden ebenfalls aus Cadmiumsulfid auf einem Titan-Dioxid-Substrat hergestellt, das mit Orga beschichtet istNIC -Moleküle, um das Metallsubstrat und die Quantenpunkte zu verbinden. Weitere Variationen der drei Bandlückenschichten umfassen Forschungen unter Verwendung von Indium-Gallium-Phosphid, Indium-Gallium-Arsenid und Germanium. Viele chemische Kombinationen scheinen zu funktionieren, und die Größe der im Prozess verwendeten Moleküle wie die organische Verbindungsschicht scheinen einen direkten Einfluss auf die Effizienz von Quantenpunkt -Solarzellen zu haben, um ein breites Lichtspektrum als die tatsächliche Chemie der Materialien selbst zu erfassen. Die Schichten in einer Multi-Junction-Solarzelle, einschließlich der Quantenpunkte selbst, müssen jedoch häufig weniger als zwei Nanometer dick sein, was eine extrem feine Genauigkeit erfordert, um zu produzieren, dass nur Mikrochip-Fab-Einrichtungen, die Computerprozessoren und Speicher machen, in einer Massenskala fähig sind.
Das Ziel der Quantenpunkt -Solarzellenforschung ist es, Solarzellen effizienter und billiger Herstellung zu gestalten. Im Idealfall werden sie auf flexibler p aufgebautOlymermaterialien, damit sie auf Gebäude gestrichen oder als Beschichtung für tragbare Elektronik verwendet werden können. Sie wären dann auch in der Lage, in synthetische Stoffe für Kleidung und Polsterung in Autos verwandt zu werden. Dies würde die Solarzellentechnologie weit verbreitete Anwendungen in der elektrischen Erzeugung ermöglichen, die den Gebrauch fossiler Brennstoffe für viele häufige Verbraucherbedürfnisse, einschließlich der Klimatisierung, Telekommunikation, Transport und Beleuchtung, ergänzen oder ersetzen können. Solare Solarzellen wurden im Labor in den USA, Kanada, Japan und anderen Nationen erstellt, und das erste Unternehmen, das eine Methode zur kostengünstigen Massenproduktion der Technologie findet, dürfte einen Weltmarkt für eine beispiellose Skala erfassen.