Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13
Author:
Reading time: 2 minutes
Kwantumdots van loodselenide voeren aangeslagen elektronen af voordat ze kans hebben gezien een deel van hun overtollige energie kwijt te raken, schrijven Amerikaanse onderzoekers deze week in Science. Door minder energie als warmte verloren te laten gaan, kunnen met deze nanodeeltjes zonnecellen worden gemaakt met een theoretisch maximaal rendement van 66 procent. De bovengrens voor standaard silicium cellen ligt nu rond 31 procent.
Alleen fotonen met een energie die nauw overeenkomt met de bandovergang van de gebruikte halfgeleider worden optimaal benut. Is hun energie lager, dan blijft promotie van elektronen helemaal uit. Is zij hoger, dan nemen elektronen het surplus over en komen ze uit op een hoger energieniveau in de geleidingsband. Deze zogenaamde hete elektronen vallen echter binnen een picoseconde alweer een stukje terug naar de onderste regionen van deze band. Dit irreversibele ’afkoelproces‘ levert slechts warmte op.
Het zou het rendement van zonnecellen zeer ten goede komen als het mogelijk zou zijn hete in plaats van afgekoelde elektronen weg te grissen uit de fotoactieve laag. Daarom is het zaak de koelsnelheid van hete elektronen te verlagen.
Vorig jaar werd al aangetoond dat hete elektronen in kwantumdots tot duizend keer langer leven dan in hetzelfde, niet-nanogestructuurde materiaal. Dat heeft te maken met de bandstructuur van de deeltjes, die meer op de discrete energieniveaus van een atoom lijkt dan op de quasicontinue banden in een bulkhalfgeleider. Daardoor kunnen hete elektronen hun energie niet eenvoudig via kerntrillingen in de kristalstructuur kwijt, maar zijn ze daarvoor aangewezen op het veel langzamere multifononproces.
De Amerikaanse onderzoekers toonden met tijdopgeloste metingen aan dat het mogelijk is de de extra lange levensduur van hete elektronen in kwantumdots te benutten om ze af te voeren naar een andere geleider. Sterker: nanokristallen van loodselenide blijken de negatief geladen deeltjes ultrasnel (binnen vijftig femtoseconden) over te dragen aan de elektronacceptor titaandioxide. Voor andere materialen zou het ook moeten werken en hetzelfde principe gaat ook voor gaten op.
’Dit toont aan dat een zeer efficiënte zonnecel op basis van hete-ladingsdragers geen theoretisch concept is‘, zegt Xiaoyang Zhu van de University of Texas, hoofdauteur van het artikel in Science. Hij benadrukt echter dat er nog heel wat aan het idee moet worden gesleuteld, voordat de ultra-efficiënte zonnecellen in productie kunnen.
