À gauche :points quantiques coiffés de ligands organiques. Les molécules organiques volumineuses (jaunes et bleus) ont entraîné une baisse des performances. À droite :points quantiques coiffés des nouveaux ligands inorganiques rapportés dans l'ouvrage. Réduire le volume a aidé à faire sortir les électrons, conduisant à des performances record. Crédit :Sargent Lab, Université de Toronto. Crédit :Sargent Lab, Université de Toronto
La cellule solaire à points quantiques colloïdaux la plus efficace jamais créée sera décrite dans un article scientifique qui sera publié dans une édition imprimée de la revue Matériaux naturels par une équipe de scientifiques qui comprend John Asbury, professeur adjoint de chimie à la Penn State University. Les autres membres de l'équipe de recherche se trouvent à l'Université de Toronto (U de T) au Canada et à l'Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST) en Arabie saoudite. La revue publiera également les réalisations de l'équipe sur son site Web Advance Online Publication.
"Nous avons trouvé comment réduire les enveloppes qui encapsulent les points quantiques jusqu'à la plus petite taille imaginable - une simple couche d'atomes, " a déclaré le professeur Ted Sargent de l'Université de Toronto, l'auteur correspondant sur les travaux et le titulaire de la Chaire de recherche du Canada en nanotechnologie. Les points quantiques sont des semi-conducteurs à l'échelle nanométrique qui capturent la lumière et la convertissent en énergie électrique. En raison de leur petite taille, les points peuvent être pulvérisés sur des surfaces souples, y compris les plastiques, permettant la production de cellules solaires moins chères que la version existante à base de silicium.
Mais un défi crucial pour le terrain a été d'améliorer leur efficacité. La conception idéale pour une efficacité maximale est celle qui regroupe étroitement les points quantiques. Jusqu'à maintenant, les points quantiques ont été coiffés de molécules organiques qui séparent les nanoparticules d'un nanomètre, ce qui les rend trop volumineuses pour une efficacité optimale. Résoudre le problème, l'équipe de recherche s'est tournée vers les ligands inorganiques, des atomes de taille inférieure au nanomètre qui se lient aux surfaces des points quantiques et prennent moins de place.
L'efficacité de conversion de puissance la plus élevée jamais réalisée dans une cellule solaire à points quantiques colloïdaux (CQD) a été obtenue en utilisant des ligands inorganiques. Crédit :laboratoire John Asbury, Université d'État de Pennsylvanie.
"Les ligands inorganiques forment la plus petite coquille possible qui peut être enroulée autour de points quantiques, "Asbury de Penn State explique. "C'est la minceur de la coque qui permet aux points quantiques de s'entasser si étroitement que les électrons peuvent circuler en douceur à travers le matériau pour produire un photocourant."
Les points quantiques colloïdaux examinés par Asbury et les membres de son équipe ont donné les courants électriques les plus élevés, et l'efficacité globale de conversion de puissance la plus élevée, jamais vu dans les cellules solaires à points quantiques colloïdaux (CQD). Ces résultats de performance ont été certifiés par un laboratoire externe, Newport, qui est accrédité par le National Renewable Energy Laboratory des États-Unis.
Photographie d'un ensemble de seize des dispositifs à points quantiques colloïdaux inorganiques rapportés dans l'article. Crédit :Sargent Lab, Université de Toronto.
"Des tests approfondis ont confirmé que nous étions capables de supprimer les pièges de charge - des emplacements où les électrons se coincent - tout en emballant les points quantiques étroitement ensemble, " a déclaré Asbury. La combinaison de l'emballage serré et de l'élimination du piège de charge a permis à des niveaux sans précédent de photocourant de traverser les cellules solaires, offrant ainsi une efficacité record.
Un accord de licence technologique a été signé par U of T et KAUST, négocié par MaRS Innovations (MI), qui permettra la commercialisation mondiale de cette nouvelle technologie. "Grâce à U of T's, Mis, et le partenariat de KAUST, nous sommes prêts à traduire des recherches passionnantes en innovations tangibles qui peuvent être commercialisées, " a déclaré Sargent. " Le monde -- et le marché -- ont besoin d'innovations solaires qui rompent le compromis existant entre la performance et le coût.
