Co to są komórki słoneczne kwantowe?

Kwantowe komórki słoneczne są ogniwami słonecznymi zbudowanymi na sieci kryształów wytwarzanych w skali nanometru, które mogą przewyższyć konwencjonalne technologie komórek słonecznych ze względu na podstawowe ograniczenie sposobu, w jaki ogniwa słoneczne wychwytują światło słoneczne. Standardowe ogniwo słoneczne opiera się na warstwie materiału, która jest najbardziej wydajna w rejestrowaniu jednego konkretnego pasma lub długości fali światła. Kapa kwantowa w ogniwach słonecznych kwantowych można jednak utworzyć w celu przechwytywania wielu pasm światła poprzez zmianę ich wielkości i makijażu chemicznego w procesie produkcyjnym. To sprawia, że ​​szereg różnych rodzajów kropek kwantowych na jednej warstwie substratu może być w stanie uchwycić szeroki zakres długości fali światła, co czyni je znacznie bardziej wydajnymi i ekonomicznymi do produkcji niż standardowe ogniwa słoneczne.

Techniczny limit przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną za pomocą materiału ogniwa słonecznego złożonego z jednego tYPE struktury chemicznej jest teoretycznie maksymalnie 31%. Komercyjne ogniwa słoneczne od 2011 r. Mają jednak tylko praktyczny poziom wydajności od 15% do 17% na swoim maksymalnym poziomie. Od dziesięcioleci trwają badania w celu znalezienia ulepszeń technologii ogniw słonecznych z kilku punktów obserwacyjnych, takich jak zmniejszenie kosztu materiału fotowoltaicznego opartego na wysoce krzemowej silikonie poprzez zastąpienie elastycznego polimeru i substratów metalicznych. Badania ogniw słonecznych skupiły się również na przechwytywaniu szerszego zakresu światła, zarówno poprzez układanie różnych warstw materiałów ogniw słonecznych, jak i inżynierii unikalnych kryształów, zwanych kropkami kwantowymi, na jednej warstwie ogniwa słonecznego. Wszystkie podejścia mają swoje wady, a kwantowe ogniwa słoneczne DOT również próbują wykorzystać swoje zalety w miarę możliwości.

Pojawiająca się technologia ogniw słonecznych kwantowych jest zbudowana na fizyce i chemii samych kropek kwantowych, ale obejmuje również zasadę wielowarstwowego ogniwa słonecznego oraz zdolnośćAby włączyć te elementy do łatwiejszego, potencjalnie elastycznego podłoża. Idealnie, technologia jest ukierunkowana na wytwarzanie tak zwanego ogniwa słonecznego o pełnym spektrum, zdolnym do przechwytywania do 85% promieniowania, światła widzialnego i przekształcania go w elektryczność, a także przechwytywanie oświetlenia w pasmach podczerwieni i ultrafioletowych. Wyjścia energii dla takich ogniw słonecznych osiągnęły 42% wydajność w laboratorium od 2011 r., A obecne wysiłki obejmują znalezienie praktycznych, opłacalnych struktur chemicznych dla takiej technologii, aby można ją było wytwarzać masowo.

Podejścia do ogniw słonecznych nowej generacji koncentrowały się na trzech pasmach GAP lub modelu wielofunkcyjnym, w którym połączone są różne warstwy stopów półprzewodnikowych galu-arasenidowego azotanu. Kolejna wielokrotne składa chemiczna zastosowano stopę słoneczną cynku-mangańską i kwantową kropką SłonecznąCząsteczki NIC w celu połączenia metalowego podłoża i kropek kwantowych. Inne odmiany trzech warstw szczeliny pasma obejmują badania z wykorzystaniem indium-gallium-fosforid, indium-galum-arsenid i germanu. Wydaje się, że wiele kombinacji chemicznych działa, a wielkość cząsteczek stosowanych w tym procesie, takich jak organiczna warstwa międzykonnect, wydaje się mieć większy bezpośredni wpływ na wydajność ogniw słonecznych kwantowych, aby uchwycić szerokie spektrum światła niż faktyczna chemia samych materiałów. Jednak warstwy w ogniwa słonecznym wielofunkcyjnym, w tym same kropki kwantowe, często muszą mieć mniej niż dwa nanometry, co wymaga wyjątkowo dobrego poziomu precyzji, aby wytworzyć tylko urządzenia Fab, które wytwarzają komputerowe procesory i pamięć, są zdolne w skali masowej.

.

Celem badań ogniw słonecznych kwantowych jest uczynienie ogniw słonecznych zarówno wydajnych, jak i tańszych w produkcji. Idealnie, będą zbudowane na elastycznym pMateriały olimerowe, aby można je było pomalować na budynkach lub używane jako powłoka do przenośnej elektroniki. Byłyby również zdolne do tkania w syntetyczne tkaniny do odzieży i tapicerki w samochodach. Dałoby to szerokie zastosowania technologii ogniw słonecznych w wytwarzaniu elektrycznym, które mogłyby uzupełnić lub zastąpić potrzebę zużycia paliw kopalnych w wielu powszechnych potrzebach konsumentów, w tym w zakresie kontroli klimatu, telekomunikacji, transportu i oświetlenia. Takie ogniwa słoneczne zostały utworzone w laboratorium w USA, Kanadzie, Japonii i innych narodach, a pierwsza firma, która znalazła metodę niedrogiej masowej produkcji tej technologii, prawdopodobnie uchwyci światowy rynek na niespotykaną skalę.

.