Aké sú kvantové bodové slnečné články?

- Jun 21, 2019-

Kvantová bodka   Solárne články sú solárne články postavené na sieti kryštálov vyrobených v nanometrickom meradle, ktoré majú potenciál prekonať konvenčné hodnoty   solárny článok   technológií v dôsledku zásadného obmedzenia slnečného žiarenia solárnych článkov. Štandardný solárny článok je postavený na vrstve materiálu, ktorý je najúčinnejší pri zachytávaní jedného konkrétneho pásma alebo vlnovej dĺžky svetla. Kvantové bodky v kvantových bodových solárnych článkoch však môžu byť vytvorené na zachytenie viacerých pásov svetla zmenou ich veľkosti a chemického zloženia vo výrobnom procese. Toto robí pole rôznych druhov kvantových bodov na jednej vrstve   substrát   potenciálne schopné zachytiť široký rozsah svetelných vlnových dĺžok, čo ich robí oveľa účinnejšími a ekonomickejšími ako štandardné solárne články.

Technický limit pre premenu slnečného žiarenia na   elektrická energia   s materiálom solárneho článku tvoreným jedným typom chemickej štruktúry je teoreticky maximálne 31%. Komerčné solárne články majú od roku 2011 na svojej maximálnej úrovni praktickú úroveň účinnosti od 15% do 17%. Výskum prebieha už niekoľko desaťročí s cieľom nájsť vylepšenia technológie solárnych článkov z niekoľkých vyhliadkových bodov, ako je zníženie nákladov na fotovoltaický materiál založený na vysoko čistých   kremík   nahradením pružného   polymér   a kovové podklady. Výskum solárnych článkov sa tiež zameral na zachytávanie širšieho pásma svetelnej škály, a to tak, že sa stohujú rôzne vrstvy materiálov solárnych článkov alebo   strojárstvo   unikátne kryštály, známe ako kvantové bodky, na jednej vrstve solárnych článkov. Všetky prístupy majú svoje nevýhody a kvantové bodové solárne články sa tiež snažia využiť svoje výhody tam, kde je to možné.

Novo vznikajúca technológia kvantových bodových solárnych článkov je postavená na fyzike a chémii samotných kvantových bodov, ale zahŕňa aj princíp viacvrstvového solárneho článku a schopnosť začleniť tieto komponenty do ľahko vyrobiteľných, potenciálne flexibilný substrát. V ideálnom prípade sa technológia zameriava na produkciu tzv. Full-spektrálneho solárneho článku, schopného zachytiť až 85% sálavého, viditeľného svetla a premeniť ho na elektrinu, ako aj zachytiť nejaké svetlo v   infračervené   a ultrafialové pásy. Energetické výstupy pre takéto solárne články dosiahli v laboratóriu od roku 2011 účinnosť 42% a súčasné úsilie zahŕňa nájdenie praktických, nákladovo efektívnych chemických štruktúr pre takúto technológiu, aby sa mohla vyrábať masovo.

Prístupy k solárnym bunkám budúcej generácie sa zamerali na trojpásmový alebo viacspojkový model, kde sú vzájomne prepojené rôzne vrstvy polovodičových zliatin gallia-arzenidu-dusičnanov. Ďalšie viaczložkové chemické zloženie používa zinok-mangán- telúr   Zliatinové a kvantové bodové solárne články sa tiež vyrábajú zo sulfidu kadmia na substráte s oxidom titaničitým, ktorý je potiahnutý organickými molekulami na prepojenie kovového substrátu a kvantových bodiek. Ďalšie variácie na troch vrstvách pásmovej medzery zahŕňajú výskum s použitím fosfidu india-gália, india-gália a arzénu a germánia. Zdá sa, že mnohé chemické kombinácie fungujú a veľkosť molekúl použitých v procese, ako je organická prepojovacia vrstva, má väčší priamy vplyv na účinnosť kvantových bodových solárnych článkov na zachytenie širokého spektra svetla ako skutočné chemické zloženie samotných materiálov. Vrstvy vo viacspojkovom solárnom článku, vrátane samotných kvantových bodiek, však často musia byť menšie ako dve nanometre, čo vyžaduje extrémne jemnú úroveň presnosti, aby sa vytvorili len mikročipové zariadenia, ktoré robia počítačové procesory a pamäť. v masovom meradle.

Cieľom výskumu kvantových bodových solárnych článkov je vyrobiť solárne články tak účinnejšie a menej nákladné na výrobu. V ideálnom prípade budú postavené na flexibilných polymérnych materiáloch, aby mohli byť natreté na budovy alebo použité ako náter na prenosnú elektroniku. Potom by boli tiež schopné tkania do syntetických tkanín na odevy a čalúnenie v automobiloch. To by umožnilo solárnym technológiám široko rozšírené aplikácie v elektrickej výrobe, ktoré by mohli doplniť alebo nahradiť potrebu   fosílne   spotreba paliva pre mnohé bežné potreby spotrebiteľov vrátane regulácie klímy, telekomunikácií, dopravy a osvetlenia. Takéto solárne články boli vytvorené v laboratóriu v USA, Kanade, Japonsku a ďalších krajinách a prvá spoločnosť, ktorá našla metódu lacnej sériovej výroby tejto technológie, pravdepodobne zachytí svetový trh pre túto oblasť v nebývalej miere.