Terwijl ze zochten naar betere materialen dan voorheen, ontwikkelde Lehigh University een uniek, zeer efficiënt materiaal. Onderzoekers geloven dat dit materiaal met Lehigh University's 190% efficiënte quantum zonnepanelen kan verbeteren. Verwacht wordt dat de volgende generatie zonnecellen hierdoor zeer efficiënt zal zijn.
Het nieuwe materiaal, ontwikkeld door Lehigh University , werd gebruikt als actieve prototypelaag op zonnecellen. Tot hun verbazing vertoonde het een gemiddelde PV-absorptiesnelheid van 80% en een hoge mate van fotogegenereerde ladingsdragers.
Bovendien behaalden ze een externe kwantumrendement (EQE) van ongeveer 190%. Dit toont de mogelijkheid aan om de efficiëntielimiet van siliciummaterialen te overschrijden en het gebruik van kwantummaterialen voor fotovoltaïsche toepassingen naar een hoger niveau te tillen.
Professor Chinedu Ekuma , hoogleraar natuurkunde, zei: "Dit werk is een belangrijke stap voorwaarts in ons begrip van en de ontwikkeling van duurzame energieoplossingen. Het belicht innovatieve benaderingen die de efficiëntie en toegankelijkheid van zonne-energie in de nabije toekomst kunnen herdefiniëren."
Deze materialen, die bekend staan als Multiple Exciton Generation (MEG), moeten nog verder worden onderzocht voordat ze op grote schaal op de markt kunnen worden gebracht.
Eigenschappen van 190% efficiënt kwantummateriaal
- De hoeveelheid fotonenergie die traditionele zonnecellen verliezen, wordt door deze materialen nauwkeurig vastgelegd.
- Bovendien is het proces sluit niet uit warmteproductie en reflectie.
- Het nieuw ontdekte materiaal is zeer efficiënt vanwege zijn unieke tussenliggende bandtoestanden.
- Deze specifieke energieniveaus bevinden zich in de elektronische structuur van het materiaal, waardoor ze ideaal zijn voor de omzetting van zonne-energie.
- Energieniveaus binnen de optimale subband hebben energierijke toestanden.
- Materiaal produceert efficiënt dragerladers en absorbeert zonlicht van tot 0.78 en 1.26 elektronvolt.
- Ook in het zichtbare en infrarode gebied van het elektromagnetisch spectrum vertoont dit materiaal een hoog absorptieniveau.
Ontwikkeling
Na uitgebreide computermodellen van het systeem ontwikkelde Prof. Ekuma dit prototype als bewijs van zijn concept.
- Dit nieuwe materiaal wordt gecreëerd door voordeel van Van der Waals-hiaten. Dit zijn atomaire kleine openingen die zich tussen de lagen van tweedimensionale materialen bevinden.
- Deze openingen worden effectief gebruikt om andere materialen tussen de lagen te voegen. verbetert of stemt de eigenschappen van het materiaal af.
- Volgens deze aanpak werd nulwaardig koper ingevoegd tussen de lagen van germaniumselenide (GeSe) en tinsulfide (SnS), een tweedimensionaal materiaal.
Hij legde uit: "De snelle respons en verbeterde efficiëntie geven sterk aan dat Cu-geïntercaleerd GeSe/SnS een potentieel kwantummateriaal is voor gebruik in geavanceerde fotovoltaïsche toepassingen, wat een weg biedt naar efficiëntieverbeteringen bij de omzetting van zonne-energie."
"Het is een veelbelovende kandidaat voor de ontwikkeling van de volgende generatie zeer efficiënte zonnecellen, die een cruciale rol zullen spelen bij het voorzien in de wereldwijde energiebehoeften," voegde de professor eraan toe.
Prof. Ekuma wijst erop dat de techniek die tijdens het proces wordt gebruikt al zeer geavanceerd is. Hoewel de 190% efficiënte quantum van Lehigh University zonnepanelen zou kunnen verbeteren, is er meer onderzoek en ontwikkeling nodig. Alleen dan kan het geschikt worden geacht om te integreren in de huidige zonne-energiesystemen.
Bron : CuxGeSe/SnS kwantummateriaal voor fotovoltaïsche toepassingen
