Nowa technologia Quantum Dot poprawia wydajność ogniw słonecznych

Zespół badawczy opracował nowatorską metodę światła o kształcie "pulsu", aby zwiększyć przewodność elektryczną ogniw słonecznych z kwantowymi kropkami PbS. Ta nowa technika, zastępująca długotrwały tradycyjny proces obróbki cieplnej, generuje znaczne ilości energii w regularnych odstępach czasu, znacznie poprawiając efektywność i eliminując wady spowodowane ekspozycją na światło, ciepło i wilgoć. Kwantowe kropki PbS, znane ze swojego szerokiego zakresu pochłaniania i niskich kosztów przetwarzania, są teraz bardziej konkurencyjne pod względem komercyjnym. Spodziewa się, że ten postęp ułatwi szersze zastosowanie technologii kwantowych kropek w urządzeniach optoelektronicznych. Źródło: SciTechDaily.com

Zespół badawczy pod kierownictwem profesora Jongmina Choi z Wydziału Nauk i Inżynierii Energetycznej na Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) z powodzeniem opracował "kwantową kropkę PbS" zdolną do szybkiego poprawiania przewodności elektrycznej ogniw słonecznych. W ramach tego współpracy uczestniczył profesor Changyong Lim z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Energetycznej na Kyungpook National University pod przewodnictwem prezydenta Wonhwy Honga oraz profesor Jongchul Lim z Wydziału Inżynierii Energetycznej na Chungnam National University pod kierownictwem prezydenta Jeongkyoum Kima.

Zespół zidentyfikował metodę zwiększania przewodności elektrycznej za pomocą światła o kształcie "pulsu", które generuje znaczne ilości energii w skoncentrowany sposób w regularnych odstępach czasu. Ta metoda mogłaby zastąpić proces obróbki cieplnej, który wymaga znacznej ilości czasu, aby osiągnąć ten sam wynik. Oczekuje się, że podejście to ułatwi produkcję i komercjalizację ogniw słonecznych z kwantowymi kropkami PbS w przyszłości.

Kwantowe kropki PbS to nanoskalowe materiały półprzewodnikowe, które są intensywnie badane pod kątem rozwoju przyszłych pokoleń ogniw słonecznych. Mogą one pochłaniać szeroki zakres długości fal światła słonecznego, w tym ultrafiolet, światło widzialne, bliskie podczerwieni i krótkofalowe podczerwieni, a także mają niskie koszty przetwarzania z powodu przetwarzania roztworu i doskonałych właściwości fotoelektrycznych.

Produkcja ogniw słonecznych z kwantowymi kropkami PbS obejmuje kilka etapów procesu. Aż do niedawna proces obróbki cieplnej był uważany za kluczowy, ponieważ skutecznie nakłada warstwę kwantowych kropek na podłoże i poddaje materiał obróbce cieplnej w celu dalszego zwiększenia jego przewodności elektrycznej. Jednakże, gdy kwantowe kropki PbS są wystawione na światło, ciepło i wilgoć, formacja wad na ich powierzchni może przyspieszyć, prowadząc do rekombinacji ładunków i pogorszenia wydajności urządzenia. Zjawisko to utrudnia komercjalizację tych materiałów.

Aby zwalczyć powstawanie wad na powierzchni kwantowych kropek PbS, zespół kierowany przez profesora Jongmina Choi zaproponował metodę obróbki cieplnej polegającą na narażaniu kropel na światło przez krótki okres kilku milisekund. Klasyczne techniki obróbki cieplnej warstw kwantowych kropek PbS polegają na podgrzewaniu ich przez kilkadziesiąt minut w wysokich temperaturach za pomocą gorących płyt, piekarników itp.

Zaproponowana przez zespół badawczy "technika obróbki cieplnej typu pulsacyjnego" pokonuje niedostatki istniejącej metody, wykorzystując silne światło, aby zakończyć proces obróbki cieplnej w ciągu kilku milisekund. Skutkuje to zahamowaniem powstawania wad na powierzchni i przedłużeniem żywotności przemieszczania się ładunków (elektronów, dziur) generujących prąd elektryczny. Ponadto, osiąga wysoką wydajność.

"Dzięki temu badaniu udało nam się poprawić wydajność ogniw słonecznych, opracowując nową metodę obróbki cieplnej, która może pokonać ograniczenia istniejącego procesu obróbki cieplnej kwantowych kropek", powiedział profesor Jongmin Choi z Wydziału Nauk i Inżynierii Energetycznej na DGIST. "Ponadto, rozwój procesu kwantowych kropek o doskonałym efekcie falowym ma na celu ułatwienie szerokiego zastosowania tej technologii do różnych urządzeń optoelektronicznych w przyszłości", dodał.

Odniesienie: "Suppression of Thermally Induced Surface Traps in Colloidal Quantum Dot Solids via Ultrafast Pulsed Light" autorstwa 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 i Jongmin Choi, 2 kwietnia 2024, Small. DOI: 10.1002/smll.202400380

Badania te były wspierane przez projekt Creative Allied Narodowej Rady ds. Nauki i Technologii Korei, projekt Laboratorium Podstawowych Badań Nadacje Narodowej Korei, oraz Regionalne Centrum Innowacji Badań Nad Systemem Inteligentnej Energii Opartej na Bezemisyjnym Węglu na Kyungpook National University. Wyniki zostały opublikowane online w międzynarodowym czasopiśmie "Small" (pierwszy współautor: Eonji Lee, doktorant, Wydział Nauk i Inżynierii Energetycznej, DGIST, i Wonjong Lee, student studiów magisterskich, Wydział Inżynierii Energetycznej, Chungnam National University).