(a) Un'illustrazione schematica delle celle solari con eterogiunzioni di nanofili di ossido di zinco (ZnO) passivate con ossido di titanio (TiO2) e solfuro di piombo (PbS) strati di separazione di carica colloidale-quantum-dot (celle solari ZnO@TiO2/PbS);( b) una fotografia di CQDSC PbS standard fabbricati nel laboratorio di Shen; (c) una tipica immagine al microscopio elettronico a scansione in sezione trasversale delle celle solari ZnO@TiO2/PbS.
I tentativi di migliorare le celle solari possono sembrare un atto di equilibrio, poiché l'ottimizzazione di una variabile può comprometterne un'altra. L'introduzione di nanofili nelle celle solari colloidali a punti quantici (CQDSC) ha suscitato interesse come mezzo per migliorare una limitazione nello spessore dello strato di raccolta della carica. Tuttavia, l'elevata superficie dei nanofili porta altri fattori inibitori. Ora Jin Chang, Qing Shen e colleghi dimostrano come un'ulteriore modifica che utilizza uno strato di ossido può ridurre gli effetti della superficie dei nanofili per celle solari con prestazioni migliori.
I punti quantici colloidali offrono una serie di vantaggi per le celle solari:forniscono strati di separazione di carica efficaci per la produzione di una fotocorrente; hanno band gap sintonizzabili; e può essere solubilizzato a basse temperature. Tuttavia, la bassa lunghezza di diffusione per i portatori di carica generati nei punti quantici colloidali limita lo spessore massimo dello strato - non deve essere più spesso della distanza che i portatori possono percorrere per raggiungere l'eterogiunzione prima della ricombinazione. Questo spessore limitato limita la capacità di assorbimento dell'energia.
La penetrazione negli strati di punti quantici con eterogiunzioni di nanofili può consentire spessori maggiori. Ma poiché la ricombinazione avviene alle interfacce, la maggiore superficie delle eterogiunzioni dei nanofili mina il vantaggio ottenuto.
Chang, Shen e colleghi della University of Electro-Communications e CREST in Giappone, Universitat Jaume I in Spagna, Il Kyushu Institute of Technology e la King Abdulaziz University in Arabia Saudita mostrano che uno strato di ossido di titanio può passivare la superficie dei nanofili riducendo così la ricombinazione. Lo strato di ossido consente un miglioramento del 40% dell'efficienza di conversione energetica dei dispositivi e sono stabili all'aria per oltre 130 giorni.
"Questo lavoro mette in evidenza l'importanza della passivazione dell'ossido di metallo nel raggiungimento di celle solari a eterogiunzione bulk ad alte prestazioni, " concludono gli autori. "Il meccanismo di ricombinazione della carica scoperto in questo lavoro potrebbe far luce sull'ulteriore miglioramento delle CQDSC al PbS e/o di altri tipi di celle solari".
