Nieuwe Quantum Dot Technologie Verbetert Zonne-energiecel Efficiëntie

Een onderzoeksteam heeft een nieuwe "pulsvormige" lichtmethode ontwikkeld om de elektrische geleidbaarheid van PbS-kwantumdot-zonnecellen te verbeteren. Deze nieuwe techniek, die het langdurige traditionele warmtebehandelingsproces vervangt, genereert aanzienlijke energie op regelmatige tijdstippen, waardoor de efficiëntie aanzienlijk verbetert en gebreken worden aangepakt die worden veroorzaakt door blootstelling aan licht, warmte en vocht. PbS-kwantumdots, bekend om hun brede absorptiebereik en lage verwerkingskosten, zijn nu beter bruikbaar voor commercieel gebruik. Deze vooruitgang zal naar verwachting de bredere toepassing van kwantumdot-technologie in opto-elektronische apparaten vergemakkelijken. Credit: SciTechDaily.com

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Jongmin Choi van de afdeling Energy Science and Engineering van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology heeft met succes een "PbS-kwantumdot" ontwikkeld die in staat is om snel de elektrische geleidbaarheid van zonnecellen te verbeteren. Deze gezamenlijke inspanning betrof professor Changyong Lim van de afdeling Energy Chemical Engineering aan de Kyungpook National University, onder leiding van president Wonhwa Hong, en professor Jongchul Lim van de afdeling Energy Engineering aan de Chungnam National University, onder leiding van president Jeongkyoum Kim.

Het team identificeerde een methode om de elektrische geleidbaarheid te verbeteren door gebruik te maken van “pulsvormig” licht, dat aanzienlijke energie genereert op een geconcentreerde manier op regelmatige tijdstippen. Deze methode zou het warmtebehandelingsproces kunnen vervangen, dat een aanzienlijke hoeveelheid tijd nodig heeft om hetzelfde resultaat te bereiken. Verwacht wordt dat deze aanpak de productie en commercialisering van PbS-kwantumdot-zonnecellen in de toekomst zal vergemakkelijken.

PbS-kwantumdots zijn halfgeleidermaterialen op nanoschaal die actief worden onderzocht voor de ontwikkeling van zonnecellen van de volgende generatie. Ze kunnen een breed scala aan golflengtes van zonlicht absorberen, waaronder ultraviolet, zichtbaar licht, nabij-infrarood en kortegolf infrarood, en hebben lage verwerkingskosten vanwege de oplossingsverwerking en uitstekende foto-elektrische eigenschappen.

De fabricage van PbS-kwantumdot-zonnecellen omvat verschillende processtappen. Tot voor kort werd het warmtebehandelingsproces beschouwd als een essentiële stap omdat het op effectieve wijze een laag kwantumdots op een substraat bedekt en het materiaal een warmtebehandeling geeft om de elektrische geleidbaarheid verder te verhogen. Echter, wanneer PbS-kwantumdots worden blootgesteld aan licht, warmte en vocht, kan de vorming van defecten op hun oppervlak worden versneld, wat leidt tot ladingsrecombinatie en verslechtering van de apparaatprestaties. Dit fenomeen maakt het uitdagend om deze materialen te commercialiseren.

Om de vorming van defecten op het oppervlak van PbS-kwantumdots te onderdrukken, stelde een team onder leiding van professor Jongmin Choi een warmtebehandeling voor waarbij de dots gedurende een korte periode van enkele milliseconden aan licht worden blootgesteld. Traditionele technieken om PbS-kwantumdot-lagen te behandelen met warmte, houden in dat ze gedurende tientallen minuten worden verwarmd op hoge temperaturen met behulp van warme platen, ovens, enz.

De door het onderzoeksteam voorgestelde "pulsvormige warmtebehandelingstechniek" overwint de tekortkomingen van de bestaande methode door sterk licht te gebruiken om het warmtebehandelingsproces in enkele milliseconden te voltooien. Dit resulteert in het onderdrukken van oppervlaktedefecten en het verlengen van de levensduur van ladingen (elektronen, gaten) die elektrische stroom opwekken. Bovendien bereikt het hoge efficiëntie.

"Door dit onderzoek waren we in staat de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren door een nieuw warmtebehandelingsproces te ontwikkelen dat de beperkingen van het bestaande kwantumdot-warmtebehandelingsproces kan overwinnen", zei professor Jongmin Choi van de afdeling Energy Science and Engineering aan DGIST. "Bovendien wordt verwacht dat de ontwikkeling van een kwantumdot-proces met een uitstekend ripple-effect de wijdverspreide toepassing van deze technologie op een reeks opto-elektronische apparaten in de toekomst zal vergemakkelijken", voegde hij eraan toe.

Referentie: "Onderdrukking van thermisch geïnduceerde oppervlaktevallen in colloïdale kwantumdot-vaste stoffen via ultra-snel gepulsd licht" door Eon Ji Lee, Wonjong Lee, Tae Ho Yun, Hyung Ryul You, Hae Jeong Kim, Han Na Yu, Soo-Kwan Kim, Younghoon Kim, Hyungju Ahn, Jongchul Lim, Changyong Yim en Jongmin Choi, 2 april 2024, Small. DOI: 10.1002/smll.202400380

Dit onderzoek werd ondersteund door het Creatieve Geallieerde Project van de Nationale Onderzoeksraad voor Wetenschap en Technologie van Korea, het Basic Research Lab Project van de Nationale Onderzoeksraad van Korea, en het Regionale Innovatie Leidende Onderzoekscentrum voor koolstofneutrale intelligente energiesystemen van de Kyungpook National University. De resultaten zijn online gepubliceerd in het internationale tijdschrift "Small" (co-eerste auteur: Eonji Lee, PhD-student, Department of Energy Science and Engineering, DGIST, en Wonjong Lee, MSc geïntegreerde student, Department of Energy Engineering, Chungnam National University).