Lepsza wydajność i stabilność ogniw fotowoltaicznych z kropkami kwantowymi

Ogniwa fotowoltaiczne oparte o koloidalne kropki kwantowe cały czas zwiększają swoją wydajność konwersji. Daje to nadzieje na ich komercjalizację w różnych zastosowaniach. Mimo to technologia ta nadal boryka się z problemem ograniczonej stabilności. Zespół naukowców z KAIST postanowił go rozwiązać, tworząc ogniwo z kropkami kwantowymi o zwiększonej stabilności, dzięki wykorzystaniu specjalnej warstwy ochronnej. Wykonano ją z organicznego materiału, który nie przepuszcza tlenu i wody, chroniąc tym samym półprzewodniki ogniwa przed degradacją.

Ogniwa oparte o kropki kwantowe są lekkie i elastyczne, a dodatkowo, dzięki pochłanianiu promieniowania podczerwonego, charakteryzują się lepszym wykorzystaniem widma światła słonecznego i większą wydajnością konwersji. Niestety, nadal pozostają one w tyle w porównaniu do klasycznych systemów fotowoltaicznych, jeśli chodzi o wydajność, koszt i stabilność długoczasową. Dlatego też w środowisku akademickim istnieje obecnie duży nacisk na poszukiwanie rozwiązań, które miałyby zwiększyć wydajność i stabilność tych ogniw.

Fotowoltaika od Columbus Energy

Profesor Jung-Yong Lee wraz ze swoim zespołem zaprezentował niedawno nową metodę, która pozwala zwiększyć odporność ogniwa na tlen i wodę. Badacze odkryli, że możliwe jest pokrycie ogniwa cienką warstwą amorficzną z materiału organicznego, aby uchronić je przed uszkodzeniem. Spełnia ona jednocześnie rolę specjalnie domieszkowanej warstwy do transportu dziur (jednego z rodzaju nośników w ogniwie).

Naukowcy potwierdzili w swoich badaniach, że właściwości hydro- i oksofobowe tej warstw zwiększają poziom ochrony znajdującej się głębiej w strukturze warstwy siarczanu ołowiu (PbS) – jednego z półprzewodników budujących ogniwo oparte na kropkach kwantowych.

Korzystając z technik symulacji molekularnych, zbadano przepuszczalność warstwy pod kątem penetracji ogniwa przez tlen i parę wodną i otrzymano bardzo obiecujące rezultaty. Co więcej, dzięki wydajnej ekstrakcji przez ten materiał, zmniejsza się rezystancja na interfejsie pomiędzy półprzewodnikiem a materiałem transportującym dziury, co przekłada się na zwiększenie wydajności konwersji całego systemu.

Dzięki zastosowaniu nowej warstwy badaczom udało się zwiększyć wydajność ogniwa do 11,7% i osiągnąć niesamowitą stabilność, jak na tę klasę ogniw – zachowało ono ponad 90% swojej sprawności po roku magazynowania go w warunkach pokojowych.

„Technologia ta może być wykorzystana z ogniwami na koloidalnych kropkach kwantowych, jak i z układami opartymi o perowskity. Mam nadzieję, że jej odkrycie przyśpieszy komercjalizację ogniw z kropkami kwantowymi na rynku”, komentuje profesor Lee.