Cosa sono le celle solari a punti quantici?

Le celle solari a punti quantici sono celle solari costruite su una rete di cristalli fabbricati su scala nanometrica che hanno il potenziale per sovraperformare le tecnologie convenzionali di celle solari a causa di una limitazione fondamentale di come le celle solari catturano la luce solare.Una cella solare standard è costruita su uno strato di materiale che è più efficiente nel catturare una particolare fascia o lunghezza d'onda della luce.I punti quantici nelle celle solari a punti quantici, tuttavia, possono essere creati per catturare più bande di luce variando le loro dimensioni e il trucco chimico nel processo di produzione.Ciò rende una serie di diversi tipi di punti quantici su uno strato di substrato potenzialmente in grado di catturare una vasta gamma di lunghezze d'onda leggera, rendendoli molto più efficienti ed economici da produrre rispetto alle celle solari standard.

Il limite tecnico per la conversione della luce solare alla conversione della luce solareL'energia con un materiale a cellule solari costituita da un tipo di struttura chimica è teoricamente un massimo del 31%.Le celle solari commerciali a partire dal 2011 hanno tuttavia un livello di efficienza pratica dal 15% al 17% al loro livello massimo.Sono state in corso ricerche per decenni per trovare miglioramenti della tecnologia delle celle solari da diversi punti di vista, come la riduzione delle spese di materiale fotovoltaico basato su silicio altamente malato sostituendo polimero flessibile e substrati metallici.La ricerca sulle cellule solari si è anche concentrata sulla cattura di una gamma di luce di banda più ampia di luce, impilando diversi strati di materiali a celle solari o ingegneria cristalli unici, noti come punti quantici, su uno strato di celle solari.Tutti gli approcci hanno i loro svantaggi e le celle solari a punta quantistica tentano anche di utilizzare i loro vantaggi ove possibile.

La tecnologia emergente delle celle solari a punti quantici è costruita sulla fisica e sulla chimica degli stessi punti quantici, ma include ancheIl principio di una cella solare a più strati e la capacità di incorporare questi componenti in un substrato più facilmente prodotto e potenzialmente flessibile.Idealmente, la tecnologia si sta prendendo di mira nel produrre quella che è nota come una cella solare a spettro completo, in grado di catturare fino all'85% della luce radiante e visibile e di convertirla in elettricità, oltre a catturare un po 'di luce nelle bande infrarosse e ultraviolette.I risultati energetici per tali celle solari hanno raggiunto l'efficienza del 42% in laboratorio a partire dal 2011 e gli sforzi attuali prevedono la ricerca di strutture chimiche pratiche ed economiche per tale tecnologia in modo che possa essere prodotta in serie.

Approcci alle celle solari di prossima generazione hannofocalizzati sul divario di tre bande o sul modello multi-giunzione, in cui sono interconnessi diversi strati di leghe a semiconduttore di gallio-acido-noce.Un'altra composizione chimica multi-giunzione ha utilizzato anche una lega di zinco-manganese-tellurium e le cellule solari a punti quantici vengono anche realizzati con solfuro di cadmio su un substrato di biossido di titanio che è rivestito con molecole organiche per interconnettere il substrato metallico e i punti quantici.Altre variazioni sugli strati di gap di banda includono ricerche che utilizzano indio-gallium-fosfuro, indio-gallio-acidre-arsenide e germanio.Molte combinazioni chimiche sembrano funzionare e le dimensioni delle molecole utilizzate nel processo, come lo strato di interconnessione organica, sembrano avere un impatto più diretto sull'efficienza delle celle solari a punta quantistica per catturare un ampio spettro di lucechimica effettiva dei materiali stessi.Gli strati in una cella solare multi-giunzione, tuttavia, compresi i punti quantici stessi, devono spesso essere meno di due nanometri di spessore, il che richiede un livello estremamente fine di precisione per produrre che solo le strutture di microchip che producono elaboratori e la memoria sonoCapace a una scala di massa.

L'obiettivo della ricerca su celle solari a punti quantici è rendere le celle solari sia più efficienti e meno costose da produrre.Idealmente, saranno costruiti su polimero flessibileRial in modo che possano essere dipinti su edifici o utilizzati come rivestimento per l'elettronica portatile.Sarebbero quindi anche in grado di essere intrecciati in tessuti sintetici per abbigliamento e tappezzeria nelle auto.Ciò fornirebbe applicazioni diffuse sulla tecnologia delle celle solari nella generazione elettrica che potrebbero integrare o soppiantare la necessità di consumo di combustibili fossili per molte esigenze comuni dei consumatori tra cui il controllo climatico, le telecomunicazioni, il trasporto e l'illuminazione.Tali celle solari sono state create in laboratorio negli Stati Uniti, in Canada, in Giappone e in altre nazioni e la prima azienda a trovare un metodo di produzione di massa economica della tecnologia è probabile che catturi un mercato mondiale per esso di scala senza precedenti.