Нанокристаллический солнечный элемент
Нанокристаллические солнечные элементы — это солнечные элементы на основе подложки с покрытием из нанокристаллов. Нанокристаллы обычно основаны на кремнии , CdTe или CIGS , а подложки обычно представляют собой кремний или различные органические проводники. Солнечные элементы на квантовых точках являются вариантом этого подхода, который использует квантово-механические эффекты для повышения производительности. [1] Сенсибилизированные красителем солнечные элементы — еще один похожий подход, но в этом случае наноструктурирование является частью подложки.
Предыдущие методы изготовления основывались на дорогостоящих процессах молекулярно-лучевой эпитаксии , но коллоидный синтез позволяет удешевить производство. Тонкая пленка нанокристаллов получается с помощью процесса, известного как « центрифугирование ». Это предполагает размещение некоторого количества раствора квантовых точек на плоской подложке, которую затем очень быстро вращают. Раствор растекается равномерно, и подложку раскручивают до достижения необходимой толщины.
Фотоэлектрические элементы на основе квантовых точек на основе сенсибилизированных красителем коллоидных пленок TiO 2 были исследованы в 1991 году. [2] Было обнаружено, что они демонстрируют многообещающую эффективность преобразования энергии падающего света в электрическую энергию и являются невероятно обнадеживающими из-за низкой стоимости используемых материалов. Для повышения эффективности устройства была предложена однонанокристаллическая (канальная) архитектура, в которой между электродами находится массив одиночных частиц, каждая из которых разделена расстоянием ~ 1 экситонной диффузионной длины. [3] Исследования этого типа солнечных элементов проводятся группами в Стэнфорде, Беркли и Токийском университете.
Хотя исследования все еще находятся в зачаточном состоянии, нанокристаллические фотоэлектрические элементы могут предложить такие преимущества, как гибкость (композитные фотоэлектрические элементы на основе квантовых точек и полимеров). [4] )низкие затраты, экологически чистое производство электроэнергии [5] и КПД 65%, [6] по сравнению с примерно 20–25% для фотоэлектрических систем первого поколения на основе кристаллического кремния в будущем. [7]
Утверждается, что многие измерения эффективности нанокристаллических солнечных элементов неверны и что нанокристаллические солнечные элементы не подходят для крупномасштабного производства. [8]
Недавние исследования экспериментировали с полупроводником из селенида свинца (PbSe), а также с фотоэлектрическими элементами из теллурида кадмия (CdTe), которые уже хорошо зарекомендовали себя в производстве тонкопленочных солнечных элементов второго поколения . Другие материалы также исследуются.
Другие солнечные элементы третьего поколения
[ редактировать ]См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шишодия, Шубхам; Шушен, Билель; Грис, Томас; Шнайдер, Рафаэль (31 октября 2023 г.). «Избранные полупроводники I-III-VI2: синтез, свойства и применение в фотоэлектрических элементах» . Наноматериалы . 13 (21): 2889. дои : 10.3390/nano13212889 . ISSN 2079-4991 . ПМЦ 10648425 . ПМИД 37947733 .
- ^ Б. О'Реган и М. Гратцель (1991). «Недорогой высокоэффективный солнечный элемент на основе сенсибилизированных красителем коллоидных пленок TiO 2 ». Природа . 353 (6346): 737–740. Бибкод : 1991Natur.353..737O . дои : 10.1038/353737a0 . S2CID 4340159 .
- ^ Дж. С. Салафский (2001). «Конструкция канала с использованием одиночных полупроводниковых нанокристаллов для создания пленок для эффективных (опто) электронных устройств». Твердотельная электроника . 45 (1): 53–58. Бибкод : 2001SSEle..45...53S . дои : 10.1016/S0038-1101(00)00193-3 .
- ^ Д.С. Джинджер и Северная Каролина Гринхэм (1999). «Фотоиндуцированный перенос электронов от сопряженных полимеров к нанокристаллам CdSe». Физический обзор B . 59 (16): 10622. Бибкод : 1999PhRvB..5910622G . дои : 10.1103/PhysRevB.59.10622 .
- ^ Илан Гур , Нил А. Фромер, Майкл Л. Гейер и А. Пол Аливисатос (2005). «Аэростабильные полностью неорганические нанокристаллические солнечные элементы, полученные из раствора» . Наука . 310 (5745): 462–465. Бибкод : 2005Sci...310..462G . дои : 10.1126/science.1117908 . ПМИД 16239470 . S2CID 7380537 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Квантовые точки могут повысить фотоэлектрическую эффективность до 65% , 24 мая 2005 г.
- ^ «Отчет о фотогальванике» (PDF) . Фраунгофера ИСЭ. 28 июля 2014 г. с. 6. Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2014 года . Проверено 31 августа 2014 г.
- ^ Н. Гупта, Г. Ф. Алапатт, Р. Подила, Р. Сингх, К. Ф. Пул (2009). «Перспективы солнечных элементов на основе наноструктур для производства будущих поколений фотоэлектрических модулей» . Международный журнал фотоэнергетики . 2009 : 1–13. дои : 10.1155/2009/154059 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Новости науки в Интернете, Скачок квантовых точек: использование необъяснимого таланта собирать свет крошечных кристаллов , 3 июня 2006 г.
- InformationWeek , Открытие нанокристаллов имеет потенциал для солнечных батарей , 6 января 2006 г.
- Лаборатория Беркли , Лаборатория Беркли. Устойчивые на воздухе неорганические нанокристаллические солнечные элементы, полученные из раствора , 2005.
- ScienceDaily, Солнечное будущее нанокристаллических солнечных элементов , 23 октября 2005 г.
