Nano-Heterojunctions für Solarzellen

Solarzelle
Solarzellen zapfen das Sonnenlicht an und wandeln es in Strom um. Weltweit ist der Beitrag des Solarstroms aufgrund vieler installierter Solarmodule höher. Sowohl das Potenzial als auch die Lücke bei der Solarenergienutzung durch Solarzellen sind enorm. Halbleiter dienen als Lichtabsorber, um Photonen in Elektron-Loch-Paare und das interne elektrische Feld umzuwandeln. Die grundlegenden Prozesse in Solarzellen sind Lichtabsorption und Ladungstrennung. Die Lebensdauer von Minoritätsträgern und die Trägermobilität sind für eine hohe Effizienz entscheidend. Die Rekordwirkungsgrade von Zellen in kommerzieller Größe liegen zwischen 12 % und 20 %. Der derzeit beste Wirkungsgrad anorganischer Single-Junction-Solarzellen beträgt 20-25% und ist während des letzten Jahrzehnts fast gesättigt.
Anorganische Solarzellen
Lösungsverarbeitete anorganische Solarzellen auf Basis kolloidaler halbleitender Quantenpunkte und Nanokristalle sind vielversprechend, da sie Licht über ein breites Wellenlängenspektrum absorbieren können, da die Bandlücken in Quantenpunkten über einen großen Energiebereich abgestimmt werden können . Zudem sind sie vergleichsweise günstig in der Herstellung. Anorganische Solarzellen werden mit Quantenstrukturen hergestellt. Der Einbau von MQW, SL und Quantenpunkten in photovoltaische Bauelemente führt zu einer spektakulären Verbesserung der theoretischen maximalen Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen auf Bulk-Halbleiterbasis. Die nanostäbchenförmigen Donor-Akzeptor-Solarzellen zeigen auch die stabile Leistung an Luft. Es gibt Herausforderungen, die Lücke zwischen den idealen und den tatsächlichen Werten der Umwandlungseffizienz zu verringern.
Nanostäbchen-Heteroübergang
Donor-Akzeptor-Solarzellen bestehen vollständig aus anorganischen Nanokristallen, die durch Schleuderguss aus Lösung gegossen werden. Die Solarzellen verwenden den nanostäbchenförmigen CdTe/CdSe-Nanokristall-Heteroübergang. Jeder ultradünne (~ 100 nm) Nanokristall wird aus einer filtrierten Pyridinlösung schleudergegossen. Diese Technologie liefert großflächige, flexible dünne Filme aus dicht gepackten Nanokristallen auf praktisch jedem Substrat.
Forschung
Forscher in Spanien haben eine neue Technik entwickelt, um die Lebensdauer von Ladungsträgern in kolloidalen Nanokristallsolarzellen durch die Verwendung von Nanoheteroübergängen aus Elektronenakzeptor- und Donor-Nanomaterialien zu verlängern. Die Technik ermöglicht hohe Quanteneffizienzen sogar in photovoltaischen Materialien mit schlechten optoelektronischen Eigenschaften. Die Forscher verwendeten Kristalle auf Cadmiumbasis, da die Ladungsträger in diesen Verbindungen ziemlich lange halten.
Verlängerung der Lebensdauer
Die Forscher schufen einen Bulk-Nano-Heteroübergang in einer Solarzellenvorrichtung, indem sie Deelektronen-Akzeptor- und Donor-Materialien so mischten, dass sich photogenerierte Elektron-Loch-Paare bei Sonneneinstrahlung auf der Nanoskala trennen und entlang der Gerät über zwei sehr unterschiedliche Nanopfade, um die Wahrscheinlichkeit ihrer Rekombination zu verringern.
Laut dem veröffentlichten Bericht behaupten die Forscher, dass die Leistungsumwandlungseffizienz ihrer Zellen zwar immer noch etwas niedriger ist als bei Geräten mit Rekordwirkungsgrad auf Basis von PbS Quantenpunkte und Titandioxid-n-Typ-Elektroden demonstriert es den Proof-of-Principle, und im Gegensatz zu früheren Studien, die sich entweder auf gesputterte Oxidelektronenakzeptoren oder Hochtemperatursintern bei 500 °C stützten, funktioniert ihre Technik mit einem vollständig lösungsbasierten Prozess und bei tiefen Temperaturen unter 100 °C mit nicht zu vernachlässigenden Vorteilen für eine kostengünstige Rolle-zu-Rolle-Fertigung..