La combinaison de points quantiques et des molécules organiques peuvent permettre aux cellules solaires de capturer plus de la lumière du soleil.
La lumière du soleil est la source la plus abondante d'énergie renouvelable, et l'apprentissage de la meilleure façon de récolter ce rayonnement est la clé pour les besoins de puissance futurs du monde. Des chercheurs de Kaust ont découvert que l'efficacité des cellules solaires peut être augmentée en combinant des nanocristaux semi-conducteurs inorganiques avec des molécules organiques.
Les points quantiques sont des cristaux qui ne mesurent environ 10 nanomètres. Un électron piégé par le point a des propriétés tout à fait différentes de celles d'un électron libre de se déplacer à travers un matériau plus grand.
"Un des plus grands avantages de points quantiques pour les technologies de cellules solaires est l'accordabilité de leurs propriétés optiques», a expliqué KAUST professeur adjoint de sciences chimiques Omar Mohammed. "Elles peuvent être contrôlées en faisant varier la taille des points quantiques».
Mohammed et ses collègues développent plomb points sulfure quantiques pour la récolte d'énergie optique; ceux-ci ont tendance à être plus grands que les points fabriqués à partir d'autres matériaux. En conséquence, le sulfure de plomb points quantiques peut absorber la lumière sur une plus large gamme de fréquences. Cela signifie qu'ils peuvent absorber une plus grande proportion de la lumière du soleil par rapport aux autres points plus petits.
Pour faire une cellule solaire fonctionne pleinement, les électrons doivent être en mesure de se déplacer loin de la région d'absorption de point quantique et l'écoulement vers une électrode. Ironie du sort, la propriété de grands points quantiques de sulfure de plomb qui les rend utiles pour l'absorption à large bande - une plus petite bande interdite d'énergie des électrons - entrave également ce processus de récupération d'énergie. Auparavant, le transfert d'électrons efficace avait seulement été atteint pour plomb points sulfure quantiques de taille inférieure à 4,3 nanomètres de diamètre, ce qui a provoqué une coupure de la fréquence de la lumière convertie.
L'innovation par Mohammed et l'équipe était de mélanger plomb points sulfure quantiques de différentes tailles avec des molécules d'une famille connue sous le nom porphyrines. Les chercheurs ont montré qu'en changeant la porphyrine utilisée, il est possible de contrôler le transfert de charge à partir de grands points de sulfure de plomb; tandis qu'une molécule éteint transfert de charge complètement, un autre transfert à un rythme plus rapide que 120 femto secondes activé.
L'équipe croit cette amélioration de la capacité de récupération d'énergie est due aux interactions électrostatiques inter faciale entre la surface des points quantiques chargé négativement et la porphyrine chargé positivement.
«Avec cette approche, nous pouvons maintenant étendre la taille des points quantiques pour le transfert de charge efficace pour inclure la plupart de la région spectrale du proche infrarouge, allant au-delà de la coupure indiqué précédemment," a déclaré Mohammed. "Nous espérons que la prochaine pour mettre en œuvre cette idée dans les cellules solaires avec des architectures différentes pour optimiser l'efficacité."