Τι είναι τα ηλιακά κύτταρα κβαντικών κουκίδων;

Τα ηλιακά κύτταρα Quantum Dot είναι ηλιακά κύτταρα που βασίζονται σε ένα δίκτυο κρυστάλλων που κατασκευάζονται στην κλίμακα νανομέτρου που έχουν τη δυνατότητα να ξεπεράσουν τις συμβατικές τεχνολογίες ηλιακών κυττάρων λόγω ενός θεμελιώδους περιορισμού του τρόπου με τον οποίο τα ηλιακά κύτταρα καταγράφουν το ηλιακό φως.Ένα τυποποιημένο ηλιακό κύτταρο είναι χτισμένο πάνω σε ένα στρώμα υλικού που είναι πιο αποτελεσματικό στη λήψη μιας συγκεκριμένης ζώνης ή μήκους κύματος φωτός.Ωστόσο, οι κβαντικές κουκίδες σε ηλιακά κύτταρα κβαντικής κουκίδας μπορούν να δημιουργηθούν για να συλλάβουν πολλαπλές ζώνες φωτός μεταβάλλοντας το μέγεθος και το χημικό μακιγιάζ στη διαδικασία κατασκευής.Αυτό κάνει μια σειρά από διαφορετικά είδη κβαντικών κουκίδων σε ένα στρώμα υποστρώματος δυνητικά ικανό να συλλάβει ένα ευρύ φάσμα μήκους κύματος φωτός, καθιστώντας τα πολύ πιο αποτελεσματικά και οικονομικά για να παράγουν από τα τυποποιημένα ηλιακά κύτταρα.Η ενέργεια με υλικό ηλιακών κυττάρων που αποτελείται από έναν τύπο χημικής δομής είναι θεωρητικά ένα μέγιστο 31%.Ωστόσο, τα εμπορικά ηλιακά κύτταρα από το 2011 έχουν μόνο ένα επίπεδο πρακτικής απόδοσης από 15% έως 17% στο μέγιστο επίπεδο τους.Η έρευνα έχει τεθεί σε εξέλιξη για δεκαετίες για να βρει βελτιώσεις στην τεχνολογία ηλιακών κυττάρων από διάφορα πλεονεκτήματα, όπως η μείωση της δαπάνης του φωτοβολταϊκού υλικού που βασίζεται σε πυρίτιο υψηλής ποιότητας, υποκαθιστώντας εύκαμπτα πολυμερή και μεταλλικά υποστρώματα.Η έρευνα των ηλιακών κυττάρων επικεντρώθηκε επίσης στη λήψη ενός ευρύτερου εύρους φωτός χάσματος ζώνης, τόσο με τη στοίβαξη διαφορετικών στρωμάτων υλικών ηλιακών κυττάρων ή μοναδικών κρυστάλλων μηχανικής, γνωστών ως κβαντικών κουκίδων, σε ένα στρώμα ηλιακών κυττάρων.Όλες οι προσεγγίσεις έχουν τα μειονεκτήματά τους και τα ηλιακά κύτταρα Quantum Dot προσπαθούν επίσης να κάνουν χρήση των πλεονεκτημάτων τους όπου είναι δυνατόν.

Η αναδυόμενη τεχνολογία των ηλιακών κυττάρων κβαντικής κουκίδας βασίζεται στη φυσική και τη χημεία των ίδιων των κβαντικών κουκίδων, αλλά και περιλαμβάνει επίσηςΗ αρχή ενός ηλιακού κυττάρου πολλαπλών στρωμάτων και η ικανότητα ενσωμάτωσης αυτών των συστατικών σε ένα πιο εύκολα κατασκευασμένο, δυνητικά ευελιξικό υπόστρωμα.Στην ιδανική περίπτωση, η τεχνολογία στοχεύει στην παραγωγή αυτού που είναι γνωστό ως ηλιακό κύτταρο πλήρους φάσματος, ικανό να καταγράφει μέχρι το 85% του ακτινοβολούμενου, ορατού φωτός και τη μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια, καθώς και να καταγράψει κάποιο φως στις υπέρυθρες και υπεριώδεις ζώνες.Οι ενεργειακές εξόδους για τέτοια ηλιακά κύτταρα έχουν φθάσει στην απόδοση 42% στο εργαστήριο από το 2011 και οι τρέχουσες προσπάθειες περιλαμβάνουν την εξεύρεση πρακτικών, οικονομικά αποδοτικών χημικών δομών για τέτοια τεχνολογία, ώστε να μπορούν να παράγονται μαζικά.Εστιάζονται στο μοντέλο τριών ζώνης ή πολλαπλών διασταυρώσεων, όπου διασυνδέονται διαφορετικά στρώματα ημιαγώγιμης κράματος του νιτρικού γαλλίου-αρσενιδίου.Μια άλλη χημική σύνθεση πολλαπλών διασταυρώσεων χρησιμοποίησε ένα κράμα ψευδαργύρου-μαγγανίου-κελύφους και τα ηλιακά κύτταρα κβαντικής κουκκίδας είναι επίσης κατασκευασμένα από καδμίου-θειφίδιο σε ένα υπόστρωμα διοξειδίου του τιτανίου που επικαλύπτεται με οργανικά μόρια για να διασυνδέεται το υπόστρωμα μετάλλων και οι κβαντικές κουκκίδες.Άλλες παραλλαγές στα τρία στρώματα κενού ζώνης περιλαμβάνουν έρευνα χρησιμοποιώντας φωσφίδιο ινδίου-γαλλίου, ινδικό-γαλλικό-αρσενίδιο και γερμανικό.Πολλοί χημικοί συνδυασμοί φαίνεται να λειτουργούν και το μέγεθος των μορίων που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία, όπως το οργανικό στρώμα διασύνδεσης, φαίνεται να έχουν περισσότερο άμεσο αντίκτυπο στην αποτελεσματικότητα των ηλιακών κυττάρων κβαντικών κουκίδων για να συλλάβουν ένα ευρύ φάσμα φωτός από τοΠραγματική χημεία των ίδιων των υλικών.Ωστόσο, τα στρώματα σε ένα ηλιακό κύτταρο πολλαπλών διασταυρώσεων, συμπεριλαμβανομένων των ίδιων των κβαντικών κουκίδων, συχνά πρέπει να έχουν πάχος λιγότερο από δύο νανόμετρα, γεγονός που απαιτεί εξαιρετικά λεπτό επίπεδο ακρίβειας για να παράγει μόνο αυτό το microchip fab που κάνουν επεξεργαστές υπολογιστών και μνήμη είναι είναιικανός σε κλίμακα μάζας.

Ο στόχος της έρευνας των ηλιακών κυττάρων Quantum Dot είναι να καταστήσει τα ηλιακά κύτταρα τόσο πιο αποτελεσματικά όσο και λιγότερο δαπανηρά για την κατασκευή.Στην ιδανική περίπτωση, θα κατασκευαστούν με ευέλικτο πολυμερές σύντροφοRials έτσι ώστε να μπορούν να βαφτούν σε κτίρια ή να χρησιμοποιηθούν ως επίστρωση για φορητά ηλεκτρονικά.Στη συνέχεια, θα ήταν επίσης σε θέση να υφαίνουν σε συνθετικά υφάσματα για ρούχα και ταπετσαρία στα αυτοκίνητα.Αυτό θα έδινε τεχνολογίες ηλιακών κυττάρων ευρέως διαδεδομένες εφαρμογές σε ηλεκτρική παραγωγή που θα μπορούσαν να συμπληρώσουν ή να αντικαταστήσουν την ανάγκη χρήσης ορυκτών καυσίμων για πολλές κοινές ανάγκες των καταναλωτών, συμπεριλαμβανομένου του κλιματικού ελέγχου, των τηλεπικοινωνιών, των μεταφορών και του φωτισμού.Αυτά τα ηλιακά κύτταρα έχουν δημιουργηθεί στο εργαστήριο στις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Ιαπωνία και άλλα έθνη και η πρώτη εταιρεία που βρήκε μια μέθοδο φθηνής μαζικής παραγωγής της τεχνολογίας είναι πιθανό να συλλάβει μια παγκόσμια αγορά για την πρωτοφανή κλίμακα.