(PhysOrg.com) -- In genere sono necessari uno o due giorni per preparare le celle solari a punti quantici nell'architettura multifilm convenzionale. Ora un team di ricercatori sta riducendo il tempo di preparazione delle celle solari a punti quantici a meno di un'ora, cambiando la forma in una vernice solare a punti quantici a una mano. Sebbene la forma della vernice sia attualmente circa cinque volte meno efficiente della più alta efficienza registrata per la forma multifilm, i ricercatori prevedono che l'efficienza può essere migliorata, che potrebbe portare a un modo semplice ed economicamente fattibile per preparare le celle solari.

I ricercatori, Mathew P. Genovese dell'Università di Waterloo in Canada, con Ian V. Lightcap e Prashant V. Kamat del Radiation Laboratory e del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'Università di Notre Dame in Indiana, pubblicheranno il loro studio in un prossimo numero di ACS Nano .

La nuova vernice solare, che i ricercatori chiamano scherzosamente “Sun Believable solar paint, ” consiste in una pasta gialla o marrone fatta di punti quantici. Le dimensioni ridotte di questi minuscoli nanocristalli semiconduttori consentono di catturare quasi tutta la luce solare visibile incidente con uno strato estremamente sottile di punti. I ricercatori hanno sperimentato tre tipi di punti quantici:CdS, CDSe, e TiO ₂ , che sono tutti polverosi, con acqua e tertbutanolo come solvente. Come ha spiegato Kamat, tutte le vernici commerciali sono TiO ₂ sospensioni a base di nanoparticelle. Ma invece di aggiungere colorante per dare alla vernice il colore desiderato, qui i ricercatori hanno aggiunto nanocristalli semiconduttori colorati alla vernice solare per ottenere le proprietà ottiche ed elettroniche desiderate.

“I punti quantici sono nanocristalli semiconduttori che mostrano proprietà ottiche ed elettroniche dipendenti dalle dimensioni, "Kamat ha detto PhysOrg.com . “In una cella solare sensibilizzata a punti quantici, l'eccitazione del punto quantico semiconduttore o del nanocristallo semiconduttore è seguita dall'iniezione di elettroni in TiO ₂ nanoparticelle. Questi elettroni vengono quindi trasferiti alla superficie dell'elettrodo collettore per generare fotocorrente. I fori che rimangono nel punto quantico del semiconduttore vengono rimossi da un conduttore di fori o da una coppia redox e vengono trasportati a un controelettrodo.

Come spiega Kamat, la vernice solare ha vantaggi in termini di semplicità, economia, e stabilità rispetto alle architetture di celle solari multifilm. Mentre la preparazione di una pellicola di punti quantici come una cella solare di solito richiede più passaggi che richiedono molto tempo, le celle solari sotto forma di vernice possono essere semplicemente spazzolate su una superficie in un solo passaggio.

“Se possiamo ottimizzare la preparazione della vernice, dovrebbe essere possibile per chiunque aprire una bottiglia (o una lattina a lungo andare) e applicarla su una superficie conduttiva, " Egli ha detto. “Ciò ridurrà la variabilità tra laboratorio e laboratorio o da persona a persona come si incontra in un processo a più fasi. Avere meno fasi di fabbricazione e condizioni ambientali di preparazione dovrebbe fornire una tecnologia di trasformazione economicamente valida”.

I ricercatori hanno sperimentato diverse combinazioni e rapporti dei punti quantici per creare diverse miscele di vernice. Hanno scoperto che un composto misto di CdS/TiO ₂ e CdSe/TiO ₂ le nanoparticelle raggiungono le migliori prestazioni, in particolare quando il CdS e il CdSe sono depositati direttamente sul TiO ₂ nanoparticelle come rivestimento. Quando rivestito su un elettrodo di vetro, la vernice ha un'efficienza complessiva di conversione della potenza superiore all'1%. Sebbene alcune celle solari a punti quantici multifilm abbiano efficienze superiori al 5%, i ricercatori pensano che l'utilizzo di punti quantici diversi e un'ulteriore ottimizzazione potrebbe aumentare significativamente l'efficienza della vernice.

“Attento controllo della dimensione delle particelle e migliore trasporto di elettroni attraverso TiO ₂ rete dovrebbe consentirci di massimizzare l'efficienza, "Ha detto Kamat. “Estenderemo anche l'intervallo di assorbimento al vicino IR utilizzando semiconduttori come PbS e PbSe. Il nostro obiettivo a breve termine è raggiungere efficienze superiori al 5%, paragonabile ad altre celle solari a semiconduttore a base di nanocristalli”.

La nuova vernice solare è il primo passo verso lo sviluppo di una tecnologia solare che potrebbe avere applicazioni ad ampio raggio. Alcuni usi potrebbero includere la verniciatura di dispositivi elettronici come telefoni cellulari e computer, oltre ai tetti, finestre, e automobili. Le applicazioni su larga scala potrebbero essere utilizzate per costruire parchi solari nei deserti.

“L'obiettivo è preparare una vernice solare che abbia una lunga durata, "Ha detto Kamat. “Nei nostri laboratori abbiamo testato le prestazioni da pochi giorni a una settimana, e lo troviamo stabile fintanto che viene conservato al buio. Sono in corso ulteriori test per indagare sulla stabilità a lungo termine delle vernici con composizioni diverse”.

Per sviluppare un prodotto commerciale, i ricercatori devono ancora lavorare su altri due componenti della vernice della cella solare.

“La vernice solare sviluppata in questo studio è solo un componente della cella solare, "Ha detto Kamat. “Gli altri due componenti che necessitano di ulteriore sviluppo sono uno strato conduttore di lacune e una rete di controelettrodi. Continueremo il tema della semplicità e della versatilità per sviluppare questi altri due passaggi rimanenti. Il presente studio è il primo passo nello sviluppo di una tecnologia trasformativa per le celle solari”.

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