量子ドット太陽電池とは何ですか？

量子ドット太陽電池は、太陽電池が日光を捕らえる方法の基本的な制限により、従来の太陽電池技術を上回る可能性があるナノメートルスケールで製造された結晶のネットワーク上に構築された太陽電池です。標準的な太陽電池は、特定のバンドまたは波長の光をキャプチャするのに最も効率的な材料の層の上に構築されています。ただし、量子ドット太陽電池の量子ドットは、製造プロセスでサイズと化学的構成を変化させることにより、複数の光の帯を捕捉するために作成できます。これにより、1層の基板上にさまざまな種類の量子ドットが潜在的に広範囲の光波長を捕獲できるようになり、標準的な太陽電池よりもはるかに効率的で経済的なものになります。

1つのTで構成された太陽電池材料で日光を電気エネルギーに変換するための技術的な制限化学構造のYPEは、理論的には最大31％です。ただし、2011年の市販の太陽電池は、最大レベルで15％から17％の実用的な効率レベルしかありません。柔軟なポリマーと金属基質を置き換えることにより、高純粋なシリコンに基づいて太陽光発電材料の費用を削減するなど、いくつかの有利な点から太陽電池技術の改善を見つけるために、何十年もの間研究が進行中です。太陽電池の研究は、1つの太陽電池層に、量子ドットとして知られる異なる層またはエンジニアリングユニークな結晶の両方を積み重ねることにより、より広いバンドギャップの範囲を積み重ねることに焦点を当てています。すべてのアプローチには欠点があり、量子ドット太陽電池も可能な限り利点を利用しようとします。

量子ドット太陽電池の新しい技術は、量子ドット自体の物理学と化学に基づいて構築されていますが、多層太陽電池の原理と能力も含まれています。これらのコンポーネントを、より簡単に製造できる、潜在的に柔軟な基質に組み込む。理想的には、この技術は、放射光の最大85％を捕獲して可視光の85％をキャプチャし、電気に変換することができるだけでなく、赤外線と紫外線バンドの光を捕らえることができるフルスペクトル太陽電池と呼ばれるものを生産することをターゲットにしています。このような太陽電池のエネルギー出力は、2011年現在、実験室で42％の効率に達しており、現在の取り組みには、大量生産できるように、そのような技術の実用的で費用対効果の高い化学構造を見つけることが含まれます。

次世代太陽電池への

アプローチは、3つのバンドギャップまたは多接続モデルに焦点を合わせており、ガリウム - アラセニド硝酸塩の半導体合金の異なる層が相互接続されています。別の多官能化学組成により、亜鉛マンガン - テルリウム合金を使用しており、量子ドット太陽電池は、オルガでコーティングされた二酸化チタン基板上のカドミウム硫化物から作られています。NIC分子は、金属基板と量子ドットを相互接続します。 3つのバンドギャップ層のその他のバリエーションには、インジウムガリウム - リン化物、インジウムガリウム - アラセニド、およびゲルマニウムを使用した研究が含まれます。多くの化学的組み合わせは機能しているようであり、有機相互接続層などのプロセスで使用される分子のサイズは、材料自体の実際の化学よりも幅広い光を捕らえる量子ドット太陽電池の効率により直接的な影響を与えるようです。ただし、量子ドット自体を含む多関節太陽電池の層は、多くの場合、厚さ2ナノメートル未満でなければなりません。これには、コンピュータープロセッサとメモリを作るマイクロチップファブ施設のみが大量のスケールでできるようにするために非常に細かいレベルの精度が必要です。

量子ドット太陽電池の研究の目標は、太陽電池をより効率的かつ安価に製造することです。理想的には、それらは柔軟なpの上に構築されますオリマー材料は、建物に塗装したり、携帯用電子機器のコーティングとして使用したりできるようにします。彼らはまた、車の衣類や室内装飾品のために合成生地に織り込まれることができます。これにより、太陽電池技術は、気候制御、通信、輸送、照明など、多くの一般的な消費者のニーズに化石燃料使用の必要性を補完または取ってくれる可能性のある電気生成における広範なアプリケーションを提供します。このような太陽電池は、米国、カナダ、日本、その他の国の研究室で作成されており、技術の安価な大量生産の方法を見つけた最初の会社は、前例のないスケールの世界市場を獲得する可能性があります。