Auf der Suche nach besseren Materialien entwickelte die Lehigh University ein einzigartiges, hocheffizientes Material. Forscher glauben, dass dieses Material mit der Quanteneffizienz von 190 % der Lehigh University Solarmodule verbessern könnte. Es wird erwartet, dass Solarzellen der nächsten Generation dadurch hocheffizient werden.
Das von der Lehigh University entwickelte neue Material wurde als aktive Prototypschicht auf Solarzellen eingesetzt. Zu ihrer Überraschung wies es eine durchschnittliche PV-Absorptionsrate von 80 % und eine hohe Rate an erzeugten photoangeregten Ladungsträgern auf.
Darüber hinaus wurde eine externe Quanteneffizienz (EQE) von rund 190 % beobachtet . Dies zeigt das Potenzial, die Effizienzgrenze von Siliziummaterialien zu überwinden und Quantenmaterialien für die Photovoltaik auf ein neues Niveau zu heben.
Professor Chinedu Ekuma , Physikprofessor, sagte: „Diese Arbeit stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis und der Entwicklung nachhaltiger Energielösungen dar und hebt innovative Ansätze hervor, die die Effizienz und Zugänglichkeit von Solarenergie in naher Zukunft neu definieren könnten.“
Diese als Multiple Exciton Generation (MEG) bezeichneten Materialien müssen noch weiter erforscht werden, um ihr Ziel einer breiten Kommerzialisierung zu erreichen.
Eigenschaften von 190 % effizientem Quantenmaterial
- Diese Materialien fangen die Menge an Photonenenergie, die bei herkömmlichen Solarzellen verloren geht, genau ein.
- Darüber hinaus ist der Prozess schließt nicht aus Wärmeerzeugung und -reflexion.
- Das neu entdeckte Material ist hocheffizient, weil es einzigartige Zwischenbandzustände.
- Diese spezifischen Energieniveaus sind in der elektronischen Struktur des Materials verankert, was sie ideal für die Umwandlung von Sonnenenergie macht.
- Energieniveaus innerhalb des optimalen Subbands weisen energiegeladene Zustände auf.
- Material produziert effizient Trägerladungen und absorbiert Sonnenlicht von bis zu 0.78 und 1.26 Elektronenvolt.
- Auch im sichtbaren und infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums weist dieses Material hohe Absorptionsgrade auf.
Entwicklung
Nach umfassender Computermodellierung des Systems entwickelte Prof. Ekuma diesen Prototyp als Beweis seines Konzepts.
- Dieses neuartige Material entsteht durch Vorteil von Van-der-Waals-Lücken. Dabei handelt es sich um kleine atomare Lücken zwischen den Schichten zweidimensionaler Materialien.
- Diese Lücken werden effektiv genutzt, um andere Materialien in die Schichten einzufügen. Es verbessert oder optimiert die Eigenschaften des Materials.
- Bei diesem Ansatz wurde nullwertiges Kupfer zwischen die Schichten eines Germaniumselenids (GeSe) und Zinnsulfids (SnS), einem zweidimensionalen Material, eingefügt.
Er erklärte: „Seine schnelle Reaktion und verbesserte Effizienz weisen nachdrücklich auf das Potenzial von Cu-interkaliertem GeSe/SnS als Quantenmaterial für den Einsatz in fortschrittlichen Photovoltaikanwendungen hin und bieten eine Möglichkeit zur Verbesserung der Effizienz bei der Umwandlung von Solarenergie.“
„Es ist ein vielversprechender Kandidat für die Entwicklung hocheffizienter Solarzellen der nächsten Generation, die eine entscheidende Rolle bei der Deckung des globalen Energiebedarfs spielen werden“, fügte Prof. weiter hinzu.
Prof. Ekuma weist darauf hin, dass die verwendete Technik bereits weit fortgeschritten ist. Obwohl die Quantentechnologie der Lehigh University mit einem Wirkungsgrad von 190 % Solarmodule verbessern könnte, sind weitere Forschung und Entwicklung erforderlich. Erst dann kann sie als geeignet für die Integration in bestehende Solarenergiesysteme angesehen werden.
Quelle : CuxGeSe/SnS-Quantenmaterial für Photovoltaikanwendungen
