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Células solares de nanopartículas coloidais Asad Kalantarian Enviado como curso
de Física 240 ,
Universidade de Stanford, outono de 2010
As células solares de filme fino prometem uma fonte de energia
renovável e barata que pode contribuir para a redução do CO 2 emissão
e uso mais direcionado de energia de combustíveis fósseis. No entanto,
até agora, a dependência das células de película fina em elementos raros, a
cara fabricação de deposição a vácuo ou baixa eficiência impediram seu
progresso. Uma variedade de arquiteturas de células solares está sendo
pesquisada e muitas foram comercializadas sob subsídios do governo, no
entanto, uma solução universal para a extração eficiente de energia do Sol
ainda está para ser apresentada. Além do impacto ambiental dos materiais
e da escalabilidade, uma figura chave de mérito quando se fala em energia
solar é o custo por quilo watt de energia. A implicação disso é que,
além de maior eficiência, o baixo custo é essencial para encontrar uma
solução universal de célula solar. Células solares processadas em solução baseadas em nanopartículas
coloidais mostram uma grande promessa para células solares de baixo
custo. Um diagrama das diferentes camadas de tal célula solar é mostrado
na Fig. 1. O que distingue essas células solares de outras células de
película fina é o baixo custo do processo de fabricação e a natureza das nanopartículas
da camada absorvente de luz. Por que nanopartículas? Existem algumas vantagens de usar nanopartículas para células
solares. As nanopartículas facilitam o processamento da solução por meio
de um revestimento rápido e simples, ou processo de revestimento por imersão
seguido de possivelmente cozimento para remover solução e materiais
indesejados. Além disso, nanopartículas de muitos materiais têm uma rota
sintética bem estabelecida com bom controle de composição, forma e
tamanho. Esse controle pode ajudar a produzir materiais de alta pureza e também material de forte absorção de
fótons. Finalmente, devido ao confinamento quântico de elétrons em
pequenas dimensões (~ 5 nm), o bandgap
do material pode ser ajustado para coincidir com a frequência da luz que deve
ser absorvida. Este ajuste de bandgap, por sua
vez, pode ser usado para criar células solares em tandem a partir de um único
material, simplesmente variando o tamanho das nanopartículas.
Esses dispositivos de células solares foram de fato fabricados e
mostraram ter eficiências de mais de 5%. Um exemplo de tal dispositivo é
a célula totalmente inorgânica de metal / NC / metal sanduíche fotovoltaica
(PV), produzida por Luther et al. , que produz uma fotocorrente de curto-circuito excepcionalmente grande
(> 21 mA cm -2) por meio de uma
junção de Schottky no eletrodo negativo. A célula PV consiste em um
filme PbSe NC, depositado via camada por camada (LbL) de revestimento por imersão que rende um EQE de
55-65% no visível e até 25% na região infravermelha do espectro solar, com um
Eficiência de conversão de energia AM1.5G corrigida espectralmente
de 2,1%. Este dispositivo NC produz uma das maiores correntes de
curto-circuito de qualquer célula solar nanoestruturada,
sem a necessidade de sinterização, ordem de superrede
ou fases separadas para transporte de elétrons e lacunas. [2] Embora as células solares de nanopartículas coloidais processadas em
solução sejam de custo muito baixo, um trabalho significativo está sendo
feito para aumentar as eficiências de conversão de energia para mais de 10% a
fim de oferecer uma solução para uma célula solar universal que pode fornecer
a energia renovável sustentável e escalonável que todos somos procurando por. © Asad Kalantarian. O
autor concede permissão para copiar, distribuir e exibir este trabalho de
forma inalterada, com atribuição ao autor, apenas para fins não
comerciais. Todos os outros direitos, incluindo direitos comerciais, são
reservados ao autor. Referência [1] JM Luther et al. , "Schottky Solar Cells Based on
Colloidal Nanocrystal
Films", Nano Lett. 8 ,
3488 (2008). [2] DV Talapin et al. , "Prospects of Colloidal Nanocrystals for Electronic and Optoelectronic Applications", Chem. Rev. 110 , 389 (2010). |
