Znanstvenici sa sveučilišta Stanford istraživanjem su dokazali da bi dodavanjem jednog sloja organskih molekula mogli povećati učinkovitost solanih ćelija, te smanjiti cijenu troškova proizvodnje. Rezultati ovog istraživanja objavljeni su 7. veljače na ACS Nano.

Prije dvije godine, Stacey Bent, profesorica kemijskog inženjerstva prva se zainteresirala za ovu novu vrstu tehnologije koja koristi sićušne čestice poluvodiča, tzv. „kvantne točke“ (quantum dots). Zbog mogućnosti korištenja jednostavnih kemijskih reakcija, proizvodnja kvantnih solarnih ćelija jeftinija je od proizvodnje tradicionalnih ćelija, no učinkovitost još uvijek zaostaje za tradicionalnim ćelijama.

Profesorica Bent nada se da bi korištenjem znanja iz kemije mogla poboljšati učinkovitost kvantnih ćelija, te da bi tada ova tehnologija postala opće prihvaćena i korištena. Svoje istraživanje Brent je prezentirala na godišnjem skupu američke udruge za napredak u znanosti, održanom 20. veljače.

Kvantne ćelije mogle bi postati učinkovitije od tradicionalnih, tvrdi Bent. Tradicionalne solarne ćelije, izrađene od jednog materijala, zbog načina na koji rade imaju određeno ograničenje, a to je maksimalna učinkovitost od oko 31%. Kvantne solarne ćelije nemaju ovo ograničenje, pa bi u teoriji mogle biti znatno učinkovitije. Energetske razine elektrona u kvantnom poluvodiču ovise o veličini - što je manja kvantna točka, to je više energije potrebno za prijenos elektrona.

Kvantne točke mogu se, mijenjanjem veličine, podesiti da apsorbiraju različite valne duljine svjetlosti, što znači da bi se za izgradnju složenijih solarnih ćelija mogle koristiti različite veličine točaka, omogučavajući na taj način apsorpciju različitih valnih duljina svjetlosti.

Upravo zbog te prednosti Bent i njezini učenici, surađuju s Michaelom McGehee, izvanrednim profesorom sa Odjela znanosti materijala i inženjerstva, kako bi istražili načine poboljšanja učinkovitosti kvantnih solarnih ćelija.

Istraživači su presvukli poluvodič od titan dioksida sa vrlo tankim slojem organskih molekula. Kvantne točke nalazile su se na sučelju ovog organskog sloja i na poluvodiču. Korišteno je nekoliko različitih organskih molekula kako bi se pokušalo saznati koje najviše povečavaju učinkovitost ćelija, no utvrđeno je da nije važno o kojim se molekulama radi, nego je bilo dovoljno imati jedan organski sloj, debljine manje od nanometra, da bi se učinkovitost utrostručila.

Istraživanjima je ustanovljeno da nije važna priroda molekule, već njena dužina. Molekule koje su preduge ne omogućavaju interakciju kvantnih točaka sa poluvodičima. Teorija profesorice Bent je da tanak organski sloj pomaže u odvajanju elektrona i šupljine, sprečavajući rekombinaciju i istrošenost. Grupa još mora optimizirati solarnu ćeliju, a trenutno su postigli učinkovitost od oko 0,4%. Kada do kraja podese nekoliko preostalih aspekata ćelije, trostruki porast učinkovitosti biti će još značajniji.

Bent je izjavila da trenutno upotrebljavaju kvantne točke kadmij sulfida, koje nisu idealne za solarne ćelije, no grupa će pokušati sa različitim materijalima. Pokušati će koristiti i druge molekule za organski sloj, te će izmjeniti dizajn ćelije kako bi mogli apsorbirati još više svjetlosti i proizvesti veći naboj. Nakon što je pronašla način kako povećati učinkovitost kvantnih solarnih ćelija, Bent se nada da će njihova niska cijena potaknuti šire prihvaćanje solarne energije.

Izvor: http://www.electroiq.com