(PhysOrg.com) -- Depuis quelques années, les chercheurs ont utilisé des points quantiques pour augmenter l'absorption de la lumière et l'efficacité globale des cellules solaires. Maintenant, les chercheurs ont fait un pas de plus, démontrant que les points quantiques avec une charge électrique intégrée peuvent augmenter l'efficacité des cellules solaires à points quantiques InAs/GaAs de 50 % ou plus.

Les chercheurs, Kimberly Sablon et John W. Little (US Army Research Laboratory à Adelphi, Maryland), Vladimir Mitine, Andreï Sergueïev, et Nizami Vagidov (Université de Buffalo à Buffalo, New York), et Kitt Reinhardt (AFOSR/NE à Arlington, Virginia) ont publié leur étude sur l'augmentation de l'efficacité des cellules solaires dans un récent numéro de Lettres nano .

Dans leur étude, les chercheurs ont étudié des cellules solaires à hétérostructure avec des points quantiques InAs/GaAs. En tant que matériaux photovoltaïques, les points quantiques permettent de récolter le rayonnement infrarouge pour le convertir en énergie électrique. Cependant, les points quantiques améliorent également la recombinaison des photoporteurs et diminuent le photocourant. Pour cette raison, Jusqu'à présent, l'amélioration du rendement photovoltaïque grâce aux points quantiques a été limitée à plusieurs pour cent.

Ici, les chercheurs ont proposé de charger des points quantiques en utilisant un dopage interdot sélectif. Dans leurs expériences, les chercheurs ont comparé des niveaux de dopage de 2, 3, et 6 électrons supplémentaires par boîte quantique, ce qui a entraîné des augmentations de l'efficacité photovoltaïque de 4,5%, 30%, et 50%, respectivement, par rapport à une cellule solaire non dopée. Pour le niveau de dopage à 6 électrons, cette augmentation de 50 % correspond à une augmentation globale du rendement de 9,3 % (pour les cellules solaires non dopées) à 14 %.

Les chercheurs ont attribué cette amélioration radicale du rendement photovoltaïque à deux effets fondamentaux. D'abord, la charge de points intégrée induit diverses transitions des électrons et améliore la récolte du rayonnement infrarouge. Seconde, la charge de points intégrée crée des barrières potentielles autour des points et ces barrières suppriment les processus de capture des électrons et ne leur permettent pas de revenir dans les points. L'effet des barrières potentielles a déjà été utilisé par les chercheurs pour améliorer la sensibilité des détecteurs infrarouges.

En outre, les chercheurs prédisent qu'une augmentation supplémentaire du niveau de dopage entraînera une amélioration encore plus importante de l'efficacité, puisqu'il n'y avait aucun signe de saturation. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'étudier plus avant comment ces effets s'influencent mutuellement à des niveaux de dopage plus élevés. Ils prédisent qu'une augmentation supplémentaire du niveau de dopage et de l'intensité des rayonnements entraînera une amélioration encore plus importante de l'efficacité, puisqu'il n'y avait aucun signe de saturation.

« La méthodologie et les principes développés au cours de cette recherche sont applicables à un certain nombre de dispositifs photovoltaïques avec des points quantiques et des nanocristaux, tels que les cellules en plastique polymère et les cellules de Gratzel à oxyde métallique poreux sensibilisé aux colorants, " a déclaré le Dr Sergeev PhysOrg.com . « La récolte et la conversion efficaces du rayonnement infrarouge grâce à une cinétique électron-trou optimisée dans des structures avec des points quantiques et des nanocristaux conduiront à des percées potentielles dans le domaine de la conversion de l'énergie solaire. »

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