La Nuova Tecnologia Quantum Dot Migliora l'Efficienza delle Celle Solari

Un team di ricerca ha sviluppato un nuovo metodo "a impulsi" per migliorare la conduttività elettrica delle celle solari a punti quantici di PbS. Questa nuova tecnica, che sostituisce il lungo processo tradizionale di trattamento termico, genera notevoli quantità di energia a intervalli regolari, migliorando significativamente l'efficienza e risolvendo i difetti causati dall'esposizione a luce, calore e umidità. I punti quantici di PbS, noti per la loro ampia gamma di assorbimento e i bassi costi di lavorazione, sono ora più praticabili per l'uso commerciale. Si prevede che questo progresso faciliterà l'applicazione più ampia della tecnologia dei punti quantici nei dispositivi optoelettronici. Credit: SciTechDaily.com

Un team di ricerca guidato dal professore Jongmin Choi del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dell'Energia presso l'Istituto di Scienza e Tecnologia di Daegu Gyeongbuk ha sviluppato con successo un "punto quantico di PbS" in grado di migliorare rapidamente la conduttività elettrica delle celle solari. A questo sforzo collaborativo hanno partecipato il professor Changyong Lim del Dipartimento di Ingegneria Chimica Energetica presso l'Università Nazionale di Kyungpook, guidato dal Presidente Wonhwa Hong, e il professor Jongchul Lim del Dipartimento di Ingegneria Energetica presso l'Università Nazionale di Chungnam, sotto la guida del Presidente Jeongkyoum Kim.

Il team ha identificato un metodo per migliorare la conduttività elettrica attraverso l'uso di luce "a impulsi", che genera grandi quantità di energia in modo concentrato a intervalli regolari. Questo metodo potrebbe sostituire il processo di trattamento termico, che richiede un notevole lasso di tempo per ottenere lo stesso risultato. Si prevede che questo approccio agevolerà la produzione e la commercializzazione delle celle solari a punti quantici di PbS in futuro.

I punti quantici di PbS sono dei materiali semiconduttori a nanoscala che stanno attivamente studiati per lo sviluppo di celle solari di prossima generazione. Possono assorbire un'ampia gamma di lunghezze d'onda della luce solare, tra cui ultravioletta, luce visibile, vicino infrarosso e infrarosso corto, e hanno bassi costi di lavorazione grazie alla processazione in soluzione e alle eccellenti proprietà fotoelettriche.

La fabbricazione delle celle solari a punti quantici di PbS richiede diverse fasi di processo. Fino a poco tempo fa, il processo di trattamento termico era considerato un passaggio essenziale, in quanto riveste efficacemente uno strato di punti quantici su un substrato e tratta termicamente il materiale per aumentare ulteriormente la sua conduttività elettrica. Tuttavia, quando i punti quantici di PbS sono esposti alla luce, al calore e all'umidità, la formazione di difetti sulla loro superficie può essere accelerata, portando alla ricombinazione di carica e al deterioramento delle prestazioni del dispositivo. Questo fenomeno rende difficile la commercializzazione di questi materiali.

Per sopprimere la formazione di difetti sulla superficie dei punti quantici di PbS, un team guidato dal professor Jongmin Choi ha proposto un trattamento termico che prevede l'esposizione dei punti alla luce per un breve periodo di pochi millisecondi. Le tecniche convenzionali di trattamento termico degli strati di punti quantici di PbS prevedono il loro riscaldamento per decine di minuti a temperature elevate utilizzando piastre riscaldanti, forni, ecc.

La tecnica di trattamento termico a impulsi proposta dal team di ricerca supera le carenze del metodo esistente utilizzando una luce forte per completare il processo di trattamento termico in pochi millisecondi. Ciò risulta nella soppressione dei difetti di superficie e nella prolungazione della durata di viaggio delle cariche (elettroni, buchi) che generano corrente elettrica. Inoltre, raggiunge un'alta efficienza.

"Attraverso questa ricerca, siamo riusciti a migliorare l'efficienza delle celle solari sviluppando un nuovo processo di trattamento termico in grado di superare i limiti del processo di trattamento termico dei punti quantici esistente", ha detto il professor Jongmin Choi del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dell'Energia presso il DGIST. "Inoltre, lo sviluppo di un processo di punti quantici con eccellente effetto a catena dovrebbe facilitare l'applicazione diffusa di questa tecnologia a una serie di dispositivi optoelettronici in futuro", ha aggiunto.

Questa ricerca è stata sostenuta dal Progetto Alleato Creativo del Consiglio Nazionale di Ricerca Scientifica e Tecnologica della Corea, dal Progetto Laboratorio di Ricerca di Base della Fondazione Nazionale di Ricerca della Corea e dal Centro di Ricerca per l'Innovazione Regionale per il Sistema Energetico Intelligente a Emissioni Zero dell'Università Nazionale di Kyungpook. I risultati sono stati pubblicati online sulla rivista internazionale "Small" (co-primo autore: Eonji Lee, dottorando, Dipartimento di Scienza e Ingegneria dell'Energia, DGIST, e Wonjong Lee, studente integrato MSc, Dipartimento di Ingegneria Energetica, Università Nazionale Chungnam).