Nano-hétérojonctions pour cellules solaires

Cellule solaire
les cellules solaires captent la lumière du soleil et se transforment en électricité. Dans le monde, la contribution de l'électricité solaire est plus élevée en raison des nombreux modules solaires installés. Le potentiel et l'écart dans l'utilisation de l'énergie solaire par les cellules solaires sont énormes. Les semi-conducteurs servent d'absorbeur de lumière pour convertir les photons en paires électron-trou et le champ électrique interne. Les processus fondamentaux des cellules solaires sont l'absorption de la lumière et la séparation des charges. La durée de vie du transporteur minoritaire et la mobilité du transporteur sont essentielles pour une efficacité élevée. Les rendements records des cellules de taille commerciale se situent entre 12 % et 20 %. Le meilleur rendement actuel des cellules solaires inorganiques à simple jonction est de 20 à 25 % et il est presque saturé au cours de la dernière décennie.
Cellules solaires inorganiques
Les cellules solaires inorganiques traitées en solution basées sur des points quantiques semi-conducteurs colloïdaux et des nanocristaux sont très prometteuses car elles peuvent absorber la lumière sur un large spectre de longueurs d'onde grâce au fait que les bandes interdites dans les points quantiques peuvent être réglées sur une large gamme d'énergie . Ils sont également relativement bon marché à produire. Les cellules solaires inorganiques sont fabriquées à l'aide de structures quantiques. L'incorporation de MQW, SL et de points quantiques dans les dispositifs photovoltaïques conduit à une amélioration spectaculaire de l'efficacité maximale théorique, par rapport aux cellules solaires conventionnelles à base de semi-conducteurs en vrac. Les cellules solaires donneur-accepteur en forme de nanotige présentent également des performances stables dans l'air. Il existe des défis pour réduire l'écart entre les valeurs idéales et réelles de l'efficacité de conversion.
Hétérojonction en forme de nanorod
Les cellules solaires donneur-accepteur sont entièrement composées de nanocristaux inorganiques coulés par centrifugation à partir d'une solution. Les cellules solaires utilisent l'hétérojonction nanocristalline CdTe/CdSe en forme de nanotige. Chaque nanocristal ultrafin (~ 100 nm) est coulé par centrifugation à partir d'une solution de pyridine filtrée. Cette technologie fournit des films minces flexibles de grande surface de nanocristaux densément emballés sur pratiquement n'importe quel substrat.
Recherche
Des chercheurs espagnols ont développé une nouvelle technique pour prolonger la durée de vie des porteurs de charge dans les cellules solaires à nanocristaux colloïdaux en utilisant des nano-hétérojonctions constituées de nanomatériaux accepteurs et donneurs d'électrons. La technique permet des rendements quantiques élevés même dans les matériaux photovoltaïques avec de mauvaises propriétés optoélectroniques. Les cristaux à base de cadmium ont été utilisés par les chercheurs car les porteurs de charge dans ces composés durent assez longtemps.
Prolongation de la durée de vie
Les chercheurs ont créé une nano-hétérojonction massive dans un dispositif à cellule solaire en mélangeant des matériaux accepteurs et donneurs de électrons de telle manière que, lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil, les paires électron-trou photogénérées peuvent se séparer à l'échelle nanométrique et voyager le long de la dispositif via deux nano-chemins très différents, afin de réduire les chances de leur recombinaison.
Selon le rapport publié, les chercheurs affirment que bien que l'efficacité de conversion de puissance de leurs cellules soit encore un peu inférieure à celle des appareils à efficacité record basés sur PbS points quantiques et électrodes de type n en oxyde de titane, il démontre la preuve de principe, et contrairement aux études précédentes qui reposaient sur des accepteurs d'électrons à oxyde pulvérisé ou sur un frittage à haute température à 500 ° C, leur technique fonctionne en utilisant un processus entièrement basé sur une solution et à des températures basses inférieures à 100 °C avec des avantages non négligeables pour une fabrication roll-to-roll à faible coût.