p A corrida para alcançar taxas de conversão fotovoltaica cada vez mais altas é, por assim dizer, uma área quente de pesquisa. Uma linha de pesquisa enfocou pontos quânticos - nanocristais semicondutores com menos de 2-10 nanômetros (cerca de 10-50 átomos) de diâmetro em que o movimento do elétron é confinado em todas as três dimensões - como os elementos fundamentais da tecnologia de células solares em nanoescala. p As vezes chamado átomos artificiais , nanopartículas compostas de cádmio, zinco, telúrio, selênio, enxofre e outros compostos são tão minúsculos que adicionar ou remover um único elétron representa uma mudança significativa - uma propriedade que os torna adequados não apenas como componentes de células solares avançadas, mas também em iluminação de estado sólido, sensores médicos e outras aplicações.

p Em particular, pontos quânticos coloidais (CQDs) - sintetizado a partir de um sistema de três componentes composto por:precursores, surfactantes orgânicos, e solventes - podem ser ajustados mudando seu tamanho, que em estruturas fotovoltaicas permite que sua resposta espectral seja adaptada conforme necessário. Recentemente, pesquisadores do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Toronto demonstraram as primeiras células solares em tandem CQD (uma série de células solares conectadas em que adicionar mais dispositivos permite que cada dispositivo seja otimizado para um espectro mais estreito, dando uma maior eficiência geral ) usando o ajuste de efeito de tamanho de um único material CQD, sulfeto de chumbo (II) (PbS). Sua capacidade de ajustar filmes CQD pode permitir tandem e células solares multi-junção (fabricado combinando CQDs de tamanhos diferentes) para aumentar os limites de conversão de células solares de seus atuais 31% para 42% 49%, respectivamente.

p A pesquisa - liderada pelo Prof. Edward H. Sargent, junto com Xihua Wang, Ghada I. Koleilat, e outros pesquisadores da Universidade de Toronto - superou as dificuldades encontradas pela pesquisa fotovoltaica CQD anterior, que estavam cercados por uma peça-chave que faltava:a junção - o ponto de conexão - entre as células da frente e de trás. “Antes do nosso artigo, ”Diz Sargent, “Não houve relatos anteriores de uma célula solar de ponto quântico coloidal que corresponda de forma eficiente às correntes na frente, ou largura de banda do comprimento de onda visível, célula, e a célula bandgap infravermelha traseira, e isso soma com sucesso as tensões em cada célula. Desenvolvemos uma nova técnica - que denominamos de Camada de recombinação graduada - que conecta as células frontais e posteriores sem praticamente nenhuma perda de desempenho por meio de uma série de materiais que transferem gradualmente a atividade da célula frontal para a posterior. ”

p A chave é que esta pilha de materiais é altamente transparente, e, portanto, provou ser altamente eficaz na construção da primeira célula tandem de pontos quânticos coloidal eficiente. Neste ponto, adiciona Sargent, “A principal necessidade avançada em fotovoltaicos CQD é um transporte melhorado dentro da própria camada de pontos quânticos coloidais. Isso beneficiará as células solares de junção única e multi-junção. ”

p Em termos de aplicações, Sargent observa que “Uma vez que ultrapassamos 10% da eficiência de conversão de energia solar (hoje os melhores relatórios para fotovoltaicos CQD são 5,6%, então ainda temos um caminho a percorrer), estaremos preparados para criar flexíveis, células solares para grandes áreas a baixo custo. Especificamente, nossa meta de eficiência combinada com nossos baixos custos de materiais e fabricação levará a uma melhoria dramática no custo geral instalado por pico de Watt *. ”

p Segue-se, então, que os fotovoltaicos CQD são passíveis de dimensionamento significativo. “Mesmo no laboratório de P&D, ”Sargent aponta, “Sintetizamos pontos quânticos coloidais suficientes em cada corrida para cobrir um metro quadrado de superfície com um absorvedor de luz completo. Ainda há trabalho a ser feito no desenvolvimento das abordagens finais de processamento de filme fino que sejam compatíveis com o processamento rolo a rolo de grande área. ”

p Sargent observa que há alguma sobreposição com a pesquisa da Emissão Termiônica Aprimorada de Fótons (PETE) da Universidade de Stanford. PETE aumenta a eficiência de conversão de energia de dispositivos termiônicos (que convertem calor em eletricidade) implementados como ciclos de cobertura para sistemas solares térmicos, assim, potencialmente dobrando as taxas de conversão fotovoltaica. “O que nossas abordagens têm em comum é dividir o espectro em dois componentes - o de alta energia visível e o de baixa energia, mas com abundante fluência de fótons, ou fluxo, infravermelho. Dito isto, ”Ele enfatiza, “Também há diferenças importantes:nossa abordagem não requer concentração óptica, enquanto o PETE faz. Também, o nosso funciona melhor em temperaturas ambientes típicas; O PETE requer que o cátodo opere a 600-800ºC. ”

p Sargent vê os próximos passos na pesquisa da equipe como sendo "focados na tarefa de melhorar o transporte de elétrons e buracos dentro dos filmes de pontos quânticos coloidais com o objetivo de fazer processamento em baixa temperatura, flexível, células solares de baixo custo que excedem 10% da eficiência de conversão de energia solar. ” p Copyright 2011 PhysOrg.com.
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