(PhysOrg.com) -- Negli ultimi anni, i ricercatori hanno utilizzato punti quantici per aumentare l'assorbimento della luce e l'efficienza complessiva delle celle solari. Ora, i ricercatori hanno fatto un passo avanti, dimostrando che i punti quantici con una carica elettrica incorporata possono aumentare l'efficienza delle celle solari a punti quantici InAs/GaAs del 50% o più.

I ricercatori, Kimberly Sablon e John W. Little (Laboratorio di ricerca dell'esercito americano ad Adelphi, Maryland), Vladimir Mitin, Andrei Sergeev, e Nizami Vagidov (Università di Buffalo a Buffalo, New York), e Kitt Reinhardt (AFOSR/NE ad Arlington, Virginia) hanno pubblicato il loro studio sull'aumento dell'efficienza delle celle solari in un recente numero di Nano lettere .

Nel loro studio, i ricercatori hanno studiato celle solari eterostrutturali con punti quantici InAs/GaAs. Come materiali fotovoltaici, i punti quantici consentono di raccogliere la radiazione infrarossa per convertirla in energia elettrica. Però, i punti quantici migliorano anche la ricombinazione dei fotoportatori e diminuiscono la fotocorrente. Per questa ragione, fino ad ora il miglioramento dell'efficienza fotovoltaica dovuto ai punti quantici è stato limitato di diverse percentuali.

Qui, i ricercatori hanno proposto di caricare i punti quantici utilizzando il doping interpunto selettivo. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno confrontato i livelli di doping di 2, 3, e 6 elettroni aggiuntivi per punto quantico, che ha determinato incrementi di efficienza fotovoltaica del 4,5%, 30%, e 50%, rispettivamente, rispetto a una cella solare non drogata. Per il livello di doping a 6 elettroni, quell'aumento del 50% corrisponde a un aumento dell'efficienza complessiva dal 9,3% (per le celle solari non drogate) al 14%.

I ricercatori hanno attribuito questo radicale miglioramento dell'efficienza fotovoltaica a due effetti fondamentali. Primo, la carica del punto incorporata induce varie transizioni degli elettroni e migliora la raccolta della radiazione infrarossa. Secondo, la carica del punto incorporata crea potenziali barriere attorno ai punti e queste barriere sopprimono i processi di cattura degli elettroni e non consentono loro di tornare indietro nei punti. L'effetto delle potenziali barriere è stato precedentemente utilizzato dai ricercatori per migliorare la sensibilità dei rilevatori a infrarossi.

Inoltre, i ricercatori prevedono che l'ulteriore aumento del livello di doping porterà a un miglioramento dell'efficienza ancora più forte, poiché non c'erano prove di saturazione. Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di indagare ulteriormente su come questi effetti si influenzano a vicenda a livelli di doping più elevati. Prevedono che l'ulteriore aumento del livello di doping e dell'intensità delle radiazioni porterà a un miglioramento dell'efficienza ancora più forte, poiché non c'erano prove di saturazione.

“La metodologia e i principi sviluppati durante questa ricerca sono applicabili a una serie di dispositivi fotovoltaici con punti quantici e nanocristalli, come celle in plastica polimerica e celle di Gratzel in ossido di metallo poroso sensibilizzate a colorante, "Ha detto il dottor Sergeev PhysOrg.com . "La raccolta e la conversione efficaci della radiazione infrarossa grazie alla cinetica ottimizzata della lacuna elettronica in strutture con punti quantici e nanocristalli porterà a potenziali scoperte nel campo della conversione dell'energia solare".

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