As células solares de pontos quânticos coloidais (CQD) têm atraído considerável atenção devido às vantagens de serem flexíveis e leves. Adicionalmente, eles são muito mais fáceis de fabricar em comparação com as células solares de silício comerciais em uso hoje. Agora, pesquisadores relatam uma nova tecnologia capaz de maximizar o desempenho das células solares CQD existentes.

O time, liderado pelo Professor Sung-Yeon Jang na Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST, desenvolveu solução processada, série híbrida, dispositivos fotovoltaicos em tandem com alta eficiência com CQDs e materiais fotoativos de heterojunção orgânica em massa (BHJ). A absorção da célula traseira orgânica compensou efetivamente a perda óptica na célula frontal CQD, o que melhorou a coleta geral de fótons.

Pontos quânticos (QDs) são partículas semicondutoras menores do que alguns nanômetros. Como eles têm características interessantes, como comprimento de onda de emissão dependente do tamanho, o espectro de absorção da célula solar é bastante variável. Em outras palavras, a vantagem dos QDs é que eles absorvem luz na região do infravermelho próximo (NIR), que outras camadas fotoativas não podem. Contudo, existem algumas áreas na região NIR onde a absorção de luz não ocorre, mesmo com QDs.

Os pesquisadores desenvolveram sua tecnologia QD fotoativa para compensar a perda de eficiência quântica externa (EQE) na região NIR. Os dispositivos BHJ orgânicos de absorção de NIR foram empregados como as sub-células posteriores para coletar os fótons NIR transmitidos das sub-células frontais CQD.

Além disso, a equipe otimizou o equilíbrio da densidade de corrente de curto-circuito de cada sub-célula, e assim criou uma conexão em série quase ideal usando uma camada intermediária para alcançar uma eficiência de conversão de energia (PCE) que é superior a de cada dispositivo de junção única. De fato, o PCE (12,82%) do dispositivo híbrido em tandem foi o maior entre os CQDPVs relatados, incluindo dispositivos de junção única e dispositivos tandem, de acordo com a equipe de pesquisa. Os pesquisadores escrevem, "Este estudo sugere uma rota potencial para melhorar o desempenho de CQDPVs por hibridização adequada com materiais fotoativos que absorvem NIR."

Além disso, as novas células solares em tandem híbridas são fabricadas em temperatura ambiente e usam um processo de solução para fácil fabricação. Como resultado, esta célula solar é acessível, Mais econômico, e menor custo em comparação com células solares de silício. Seus custos de fabricação mais baixos também lhes dão uma vantagem clara para a produção em massa.

"O dispositivo híbrido em tandem exibiu degradação quase insignificante após armazenamento de ar por três meses, "diz o professor Jang." Além disso, este estudo sugeriu o potencial para alcançar PCE> 15% em dispositivos híbridos em tandem por redução da perda de energia em CQDPVs e aumento da absorção de NIR em OPVs. "