Language
Country/Area
No result found
Секрет солнечных элементов на квантовых точках: как преодолеть предел эффективности традиционных кремниевых элементов?
Поскольку глобальный спрос на возобновляемые источники энергии продолжает расти, развитие технологий солнечных элементов также постоянно совершенствуется. Среди множества новых технологий солнечные элементы на основе квантовых точек (QDSC) привлекли всеобщее внимание благодаря своей высокой эффективности и низкой стоимости. Эта технология не только потенциально способна преодолеть ограничения эффективности традиционных кремниевых элементов, но и значительно расширить область применения солнечной энергии.
Характеристики и применение квантовых точек
Квантовые точки — это крошечные частицы, уменьшенные до размеров меньше радиуса Бора полупроводниковой частицы. Это делает энергетические состояния электронов внутри квантовой точки уже не непрерывными, а дискретными, подобно энергетическим уровням атомов. Это свойство позволяет настраивать ширину запрещенной зоны квантовой точки путем изменения размера частицы, что позволяет ей эффективно поглощать различные длины волн света. Поскольку около половины энергии солнечного спектра находится в инфракрасной области, солнечные элементы на основе квантовых точек могут эффективно использовать этот ресурс.
Настраиваемые свойства запрещенной зоны квантовых точек делают возможным проектирование многопереходных солнечных элементов, что означает, что мы можем использовать различные материалы для оптимизации производительности элемента.
Преодолевая границы эффективности
Согласно существующим исследованиям, эффективность преобразования QDSC превысила 18,1%. Предполагается, что его будущий потенциал позволит достичь максимальной термодинамической эффективности преобразования солнечного света около 66%. Это связано с тем, что квантовые точки способны использовать тепло для генерации носителей, что приводит к более высокому фотонапряжению или фототоку. Это свойство делает солнечные элементы на основе квантовых точек непревзойденными по эффективности.
Преимущества технологии многопереходных соединений
Обычные многопереходные солнечные элементы используют различные полупроводниковые материалы для оптимизации эффективности поглощения различных длин волн света. Однако этот метод имеет высокую себестоимость и высокие технические требования. Напротив, квантовые точки, благодаря своей настраиваемой ширине запрещенной зоны, позволяют реализовывать многопереходные структуры более экономичным способом, что дает возможность снизить производственные затраты.
Квантовые точки считаются ключом к солнечной технологии третьего поколения, помогая солнечным элементам преодолеть ограничения по эффективности.
Захват горячих носителей и генерация множественных экситонов
В QDSC улавливание горячих носителей является возможным подходом к повышению эффективности. Когда высокоэнергетические фотоны попадают в квантовую точку, вместо одной пары электрон-дырка могут образовываться несколько экситонов. Это явление, называемое множественной генерацией экситонов (МЭГ), помогает повысить эффективность тока. Исследования показали, что внутри квантовой точки можно генерировать до трех электронов, а не полагаться исключительно на генерацию одного экситона, что означает более высокую эффективность использования энергии.
Используя уникальное явление квантового ограничения в квантовых точках, мы можем более эффективно улавливать солнечную энергию.
Проблемы производства и практики
Хотя квантовые точки обладают огромным потенциалом, их практическое применение все еще сопряжено с трудностями. Первые солнечные элементы на основе квантовых точек использовали дорогостоящую технологию молекулярно-лучевой эпитаксии, что ограничивало возможности массового производства. Однако с развитием нанотехнологий стратегия использования методов влажной химии для синтеза квантовых точек постепенно вытеснила традиционную технологию, сделав массовое производство реальностью.
Перспективы бизнеса и перспективы на будущее
Поскольку эффективность и экономическая эффективность солнечных элементов на основе квантовых точек становятся все более очевидными, некоторые стартапы начали выводить их на рынок. Например, компании Quantum Materials Corp. и QD Solar сосредоточены на разработке технологии солнечных элементов на основе квантовых точек и работают над тем, чтобы сделать ее коммерчески жизнеспособной. Это говорит о том, что технология квантовых точек может стать важной частью будущего рынка солнечной энергетики.
Благодаря постоянным исследованиям и технологическому прогрессу квантовые точки могут стать решением энергетической проблемы для каждого дома.
Меры безопасности и охраны окружающей среды
Хотя технология квантовых точек обещает обеспечить прорыв в области возобновляемой энергетики, нельзя игнорировать проблемы окружающей среды. Многие из этих квантовых точек на основе тяжелых металлов, таких как соединения, содержащие свинец и кадмий, являются биотоксичными и должны быть защищены от воздействия стабильной полимерной оболочкой. Поэтому исследователи также изучают нетоксичные материалы, такие как квантовые точки сульфида серебра-сурьмы (AgBiS2) и селенида меди-индия (CuInSe2), для разработки более безопасной солнечной технологии.
Солнечные элементы на основе квантовых точек стремительно развиваются и демонстрируют огромный потенциал для преодоления традиционных ограничений. Однако сможем ли мы по мере развития технологий стать свидетелями широкого внедрения технологии квантовых точек в ближайшем будущем?
