(PhysOrg.com) - Nos últimos anos, pesquisadores têm usado pontos quânticos para aumentar a absorção de luz e a eficiência geral das células solares. Agora, pesquisadores deram um passo adiante, demonstrar que os pontos quânticos com carga elétrica embutida podem aumentar a eficiência das células solares de pontos quânticos InAs / GaAs em 50% ou mais.

Os pesquisadores, Kimberly Sablon e John W. Little (Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA em Adelphi, Maryland), Vladimir Mitin, Andrei Sergeev, e Nizami Vagidov (Universidade de Buffalo em Buffalo, Nova york), e Kitt Reinhardt (AFOSR / NE em Arlington, Virginia) publicaram seu estudo sobre o aumento da eficiência das células solares em uma edição recente da Nano Letras .

Em seu estudo, os pesquisadores estudaram células solares de heteroestrutura com pontos quânticos InAs / GaAs. Como materiais fotovoltaicos, os pontos quânticos permitem a coleta da radiação infravermelha para convertê-la em energia elétrica. Contudo, os pontos quânticos também aumentam a recombinação de fototransportadores e diminuem a fotocorrente. Por esta razão, até agora, a melhoria da eficiência fotovoltaica devido aos pontos quânticos foi limitada em vários por cento.

Aqui, os pesquisadores propuseram carregar pontos quânticos usando dopagem interdot seletiva. Em seus experimentos, os pesquisadores compararam os níveis de doping de 2, 3, e 6 elétrons adicionais por ponto quântico, que resultou em aumentos de eficiência fotovoltaica de 4,5%, 30%, e 50%, respectivamente, em comparação com uma célula solar não dopada. Para o nível de dopagem de 6 elétrons, esse aumento de 50% corresponde a um aumento geral da eficiência de 9,3% (para células solares não dopadas) para 14%.

Os pesquisadores atribuíram essa melhora radical da eficiência fotovoltaica a dois efeitos básicos. Primeiro, a carga embutida induz várias transições dos elétrons e aumenta a captação da radiação infravermelha. Segundo, a carga embutida no ponto cria barreiras potenciais em torno dos pontos e essas barreiras suprimem os processos de captura de elétrons e não permitem que eles retornem aos pontos. O efeito das barreiras potenciais foi usado anteriormente pelos pesquisadores para melhorar a sensibilidade dos detectores infravermelhos.

Além disso, os pesquisadores prevêem que aumentar ainda mais o nível de dopagem levará a um aumento de eficiência ainda mais forte, uma vez que não houve evidência de saturação. No futuro, os pesquisadores planejam investigar mais como esses efeitos influenciam uns aos outros em níveis mais elevados de dopagem. Eles preveem que aumentar ainda mais o nível de dopagem e a intensidade da radiação levará a um aumento de eficiência ainda mais forte, uma vez que não houve evidência de saturação.

“A metodologia e os princípios desenvolvidos durante esta pesquisa são aplicáveis ​​a uma série de dispositivos fotovoltaicos com pontos quânticos e nanocristais, tais como células de plástico de polímero e células de Gratzel de óxido de metal poroso sensibilizadas com corante, ”Dr. Sergeev disse PhysOrg.com . “A coleta e conversão eficazes da radiação infravermelha devido à cinética otimizada do buraco do elétron em estruturas com pontos quânticos e nanocristais levarão a avanços potenciais na área de conversão de energia solar.”

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