Ny kvantprickteknik förbättrar solcellseffektivitet

Ett forskningsteam har utvecklat en ny metod med "pulsformigt" ljus för att förbättra den elektriska ledningsförmågan hos PbS kvantprickar solceller. Denna nya teknik, som ersätter den långa traditionella värmebehandlingsprocessen, genererar betydande energi vid regelbundna intervaller, vilket avsevärt förbättrar effektiviteten och adresserar brister orsakade av ljus, värme och fuktighetsexponering. PbS kvantprickor, kända för sitt breda absorptionsomfång och låga bearbetningskostnader, är nu mer livskraftiga för kommersiellt bruk. Denna framsteg förväntas underlätta den bredare tillämpningen av kvantprick-teknologi i optoelektroniska enheter. Källa: SciTechDaily.com

Ett forskningsteam leddes av professor Jongmin Choi från Institutionen för energivetenskap och teknik på Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology har lyckats utveckla en "PbS kvantprick" som kan förbättra solcellers elektriska ledningsförmåga snabbt. Denna samarbetsinsats involverade professor Changyong Lim från Institutionen för energikemiteknik vid Kyungpook National University, ledd av president Wonhwa Hong, och professor Jongchul Lim från Institutionen för energiteknik vid Chungnam National University, under ledning av president Jeongkyoum Kim.

Teamet identifierade en metod för att förbättra den elektriska ledningsförmågan genom användning av "pulsformigt" ljus, vilket genererar betydande energi på ett koncentrerat sätt vid regelbundna intervaller. Denna metod skulle kunna ersätta värmebehandlingsprocessen, vilket kräver mycket tid för att uppnå samma resultat. Denna metod förväntas underlätta tillverkning och kommersialisering av PbS kvantprickar solceller i framtiden.

PbS kvantprickar är nanoskaliga halvledarmaterial som aktivt forskas på för utveckling av nästa generations solceller. De kan absorbera ett brett spektrum av solljusets våglängder, inklusive ultraviolett ljus, synligt ljus, nära infrarött ljus och kortvågigt infrarött ljus, och har låga bearbetningskostnader på grund av lösningbearbetning och utmärkta fotoelektriska egenskaper.

Tillverkning av PbS kvantpricka solceller innefattar flera processsteg. Fram till nyligen ansågs värmebehandlingsprocessen vara ett nödvändigt steg eftersom den effektivt applicerar ett lager av kvantprickar på en substrat och värmebehandlar materialet för att ytterligare öka dess elektriska ledningsförmåga. Men när PbS kvantprickar exponeras för ljus, värme och fukt, kan bildningen av defekter på deras yta påskyndas, vilket leder till laddningsrekombination och försämring av enhetsprestanda. Detta fenomen gör det svårt att kommersialisera dessa material.

För att undertrycka bildandet av defekter på ytan av PbS kvantprickar föreslog ett team ledd av professor Jongmin Choi en värmebehandling som innebär exponering av prickarna för ljus under en kort period på några millisekunder. Traditionella tekniker för värmebehandling av PbS kvantprickskikt involverar uppvärmning dem i tiotals minuter vid höga temperaturer med hjälp av varma plattor, ugnar, osv.

Forskningslagets föreslagna "pulstyp-värmebehandlingsteknik" övervinner bristerna med den befintliga metoden genom att använda starkt ljus för att slutföra värmbehandlingsprocessen på några millisekunder. Detta resulterar i undertryckandet av yttre defekter och förlängningen av livslängden för laddningar (elektroner, hål) som genererar elektrisk ström. Dessutom uppnår det hög effektivitet.

"Genom denna forskning kunde vi förbättra effektiviteten hos solceller genom att utveckla en ny värmbehandlingsprocess som kan övervinna begränsningarna i den befintliga kvantpricksvärmbehandlingsprocessen," sa professor Jongmin Choi från Institutionen för energivetenskap och teknik vid DGIST. "Dessutom förväntas utvecklingen av en kvantprickprocess med utmärkt rippleffekt underlätta den omfattande tillämpningen av denna teknik på en rad optoelektroniska enheter i framtiden", tillade han.

Referens: "Undertryckande av termiskt inducerade ytdefekter i kolloidala kvantprickmaterial via ultrakort pulserat ljus" av 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 och Jongmin Choi, 02 april 2024, Small. DOI: 10.1002/smll.202400380

Den här forskningen stöddes av Creatinve Allied Project av National Research Council of Science and Technology of Korea, Basic Research Lab Project av The National Research Foundation of Korea, och Regioncentrum för kolinneutralt intelligent energisystem vid Kyungpook National University. Resultaten publicerades online i den internationella tidskriften "Small" (co-förstförfattare: Eonji Lee, doktorand, Institutionen för energivetenskap och teknik, DGIST, och Wonjong Lee, MSc integrerad student, Institutionen för energiteknik, Chungnam National University).