PV_3_22

Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!

Made with Publuu.com

magazyn fotowoltaika 3/2022

technologie

iewielki rozmiar kryształu działa jak pudełko kwantowe

i zamyka elektrony i dziury w objętości mniejszej niż odpo-

wiedni promień ekscytonu Bohra (promień orbity elektronu

w atomie wodoru). Im mniejsza kropka, tym większa energia

uwięzienia i wyższa energia fotonów, które są pochłaniane lub

emitowane.

Światło pojawia się w pakietach energii znanych jako fotony.

Kiedy półprzewodnik pochłania foton, energia elektromagne-

tyczna jest przenoszona na ujemnie naładowany elektron i jego

dodatnio naładowany odpowiednik, zwany dziurą. Pole elek-

tryczne może transportować te cząstki w przeciwnych kierun-

kach, umożliwiając w ten sposób przepływ prądu. To jest podsta-

wowa operacja ogniwa słonecznego. Może wydawać się to pro-

ste, ale optymalizacja wydajności kwantowej lub uzyskanie jak

największej liczby par elektron-dziura z nadchodzących fotonów

było od dawna celem prac wielu zespołów naukowców.

Kropki kwantowe w fotowoltaice

Atrakcyjność wykorzystania kropek kwantowych do pro-

dukcji ogniw słonecznych wynika z kilku zalet w porównaniu

z innymi technologiami ogniw: kropki te mogą być wytwarzane

w energooszczędnym procesie w temperaturze pokojowej; mogą

być wykonane z obfitych, niedrogich materiałów, które nie wyma-

gają intensywnego oczyszczania tak jak w przypadku krzemu;

mogą być umieszczane na różnych niedrogich, także elastycznych

podłożach takich jak lekkie tworzywa sztuczne lub folie.

Perowskity

Termin perowskit odnosi się do minerału tlenku wapniowo-

-tytanowego o wzorze chemicznym CaTiO3. Terminy „perow-

skit” i „struktura perowskitu” są często używane tak, jakby były

wymienne, podczas gdy w rzeczywistości prawdziwy perow-

skit (minerał występujący w naturze) składa się z wapnia, tytanu

i tlenu w postaci CaTiO3, a struktura perowskitu to wszystko, co

ma ogólną formę ABX3 i taką samą strukturę krystalograficzną

jak perowskit (minerał). W strukturze perowskitu A i B to dwa

kationy o bardzo różnych rozmiarach, a X jest anionem, który

łączy się z obydwoma. Gustav Rose odkrył perowskit na rosyj-

skim Uralu w 1839 r. i nazwał go na cześć rosyjskiego mineraloga

Lwa Perowskiego (1792–1856). W tej strukturze można osadzić

wiele różnych kationów, co umożliwia opracowywanie różnorod-

nych materiałów inżynierskich.

Jak materiały perowskitowe odnoszą się do

przemysłu kropek kwantowych?

Kropki kwantowe perowskitu to półprzewodnikowe nano-

kryształy. Obecnie opracowywana jest nowa klasa kropek kwan-

towych, oparta na półprzewodnikowych materiałach (struktu-

rach) perowskitowych. Gdy rozmiar kryształów halogenkowych

perowskitu zmniejsza się i osiąga skalę nanometrów, zaczynają

one wykazywać kwantowe ograniczenie i fotoluminescencję. Te

nanokryształy (kropki kwantowe) mają wyjątkową wydajność

fotoluminescencyjną – do 100% (wydajność kwantowa fotolumi-

nescencji lub PLQY cząsteczki lub materiału jest definiowana jako

ułamek liczby wyemitowanych fotonów do liczby zaabsorbowa-

nych fotonów).

Konwersja światła na moc w nanocząsteczkach

Dzięki syntezie materiału półprzewodnikowego zawierają-

cego nanocząsteczki na bazie cyny – kropki kwantowe – między-

narodowy zespół naukowców z Zakładu Fizyki Stosowanej Poli-

techniki w Hongkongu osiągnął imponującą konwersję światła na

moc. Nanomateriały oferują sposób na uzyskanie wielu ładunków

elektrycznych z każdego fotonu zaabsorbowanego przez ogniwo

słoneczne. Drobne kryształy – kropki kwantowe – umożliwiły

międzynarodowemu zespołowi osiągnięcie wydajności kwanto-

wej przekraczającej 100% konwersji fotoprądu generowanego

Kropki kwantowe – więcej mocy

z jednego fotonu

Kropki kwantowe (QD) to stworzone przez człowieka kryształy w nanoskali. Kropka kwantowa (QD) lub półprzewodnikowy nano-

kryształ (NC) to pojedynczy kryształ materiału półprzewodnikowego o średnicy zaledwie kilku nanometrów. Gdy pada na niego

światło – foton – następuje wzbudzenie.

Kropki kwantowe - nanocząsteczki na bazie cyny

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52