Le celle solari colloidali a punti quantici (CQD) hanno attirato una notevole attenzione grazie ai vantaggi di essere flessibili e leggere. Inoltre, sono molto più facili da produrre rispetto alle celle solari al silicio commerciali in uso oggi. Ora, i ricercatori segnalano una nuova tecnologia in grado di massimizzare le prestazioni delle celle solari CQD esistenti.

Il gruppo, guidato dal professor Sung-Yeon Jang presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST, ha sviluppato soluzioni elaborate, serie ibrida, dispositivi fotovoltaici tandem ad alta efficienza con CQD e materiali fotoattivi a eterogiunzione organica bulk (BHJ). L'assorbimento della cella organica posteriore ha compensato efficacemente la perdita ottica nella cella anteriore CQD, che ha migliorato la raccolta complessiva dei fotoni.

I punti quantici (QD) sono particelle semiconduttrici più piccole di pochi nanometri. Poiché hanno caratteristiche interessanti come la lunghezza d'onda di emissione dipendente dalle dimensioni, lo spettro di assorbimento della cella solare è abbastanza variabile. In altre parole, il vantaggio dei QD è che assorbono la luce nella regione del vicino infrarosso (NIR), che altri strati fotoattivi non possono. Però, ci sono alcune aree nella regione NIR in cui non si verifica l'assorbimento della luce, anche con QD.

I ricercatori hanno sviluppato la loro tecnologia QD fotoattiva per compensare la perdita di efficienza quantica esterna (EQE) nella regione NIR. I dispositivi BHJ organici ad assorbimento NIR sono stati impiegati come sub-celle posteriori per raccogliere i fotoni NIR trasmessi dalle sub-celle anteriori CQD.

Inoltre, il team ha ottimizzato il bilanciamento della densità di corrente di cortocircuito di ciascuna sottocella, e ha quindi creato una connessione in serie quasi ideale utilizzando uno strato intermedio per ottenere un'efficienza di conversione di potenza (PCE) superiore a quella di ciascun dispositivo a giunzione singola. Infatti, il PCE (12,82%) del dispositivo tandem ibrido è stato il più alto tra i CQDPV riportati, compresi dispositivi a giunzione singola e dispositivi tandem, secondo il gruppo di ricerca. I ricercatori scrivono, "Questo studio suggerisce un potenziale percorso per migliorare le prestazioni dei CQDPV mediante un'adeguata ibridazione con materiali fotoattivi che assorbono NIR".

Per di più, le nuove celle solari tandem ibride sono prodotte a temperatura ambiente e utilizzano un processo di soluzione per una facile produzione. Di conseguenza, questa cella solare è conveniente, più economico, e costi inferiori rispetto alle celle solari al silicio. I loro costi di produzione inferiori danno loro anche un chiaro vantaggio per la produzione di massa.

"Il dispositivo tandem ibrido ha mostrato un degrado quasi trascurabile dopo tre mesi di stoccaggio in aria, " dice il professor Jang. "Inoltre, questo studio ha suggerito il potenziale per raggiungere PCE> 15% nei dispositivi tandem ibridi riducendo la perdita di energia nei CQDPV e migliorando l'assorbimento NIR negli OPV."