(Izquierda) Un diagrama de una estructura de puntos cuánticos. (Centro) Una comparación de células solares con diferentes niveles de dopaje. (Derecha) El perfil de potencial 3D en estructuras de puntos cuánticos. Crédito de la imagen:Sablon, et al. © 2011 Sociedad Química Estadounidense.
(PhysOrg.com) - Durante los últimos años, Los investigadores han estado utilizando puntos cuánticos para aumentar la absorción de luz y la eficiencia general de las células solares. Ahora, los investigadores han dado un paso más, demostrando que los puntos cuánticos con carga eléctrica incorporada pueden aumentar la eficiencia de las células solares de puntos cuánticos de InAs / GaAs en un 50% o más.
Los investigadores, Kimberly Sablon y John W. Little (Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. En Adelphi, Maryland), Vladimir Mitin, Andrei Sergeev, y Nizami Vagidov (Universidad de Buffalo en Buffalo, Nueva York), y Kitt Reinhardt (AFOSR / NE en Arlington, Virginia) han publicado su estudio sobre el aumento de la eficiencia de las células solares en una edición reciente de Nano letras .
En su estudio, Los investigadores estudiaron células solares heteroestructuradas con puntos cuánticos de InAs / GaAs. Como materiales fotovoltaicos, los puntos cuánticos permiten recolectar la radiación infrarroja para convertirla en energía eléctrica. Sin embargo, los puntos cuánticos también mejoran la recombinación de los fotoportadores y disminuyen la fotocorriente. Por esta razón, hasta ahora, la mejora de la eficiencia fotovoltaica debido a los puntos cuánticos se ha visto limitada en varios por ciento.
Aquí, los investigadores han propuesto cargar puntos cuánticos mediante el dopaje interdot selectivo. En sus experimentos, los investigadores compararon niveles de dopaje de 2, 3, y 6 electrones adicionales por punto cuántico, lo que resultó en un aumento de la eficiencia fotovoltaica del 4,5%, 30%, y 50%, respectivamente, en comparación con una célula solar sin dopar. Para el nivel de dopaje de 6 electrones, ese aumento del 50% corresponde a un aumento general de la eficiencia del 9,3% (para las células solares sin dopar) al 14%.
Los investigadores atribuyeron esta mejora radical de la eficiencia fotovoltaica a dos efectos básicos. Primero, la carga de puntos incorporada induce varias transiciones de los electrones y mejora la recolección de la radiación infrarroja. Segundo, la carga de punto incorporada crea barreras potenciales alrededor de los puntos y estas barreras suprimen los procesos de captura de electrones y no les permiten regresar a los puntos. Los investigadores han utilizado previamente el efecto de las barreras potenciales para mejorar la sensibilidad de los detectores de infrarrojos.
Además, los investigadores predicen que un mayor aumento del nivel de dopaje conducirá a una mejora de la eficiencia aún mayor, ya que no hubo evidencia de saturación. En el futuro, los investigadores planean investigar más a fondo cómo estos efectos se influyen entre sí en niveles más altos de dopaje. Predicen que un aumento adicional del nivel de dopaje y la intensidad de la radiación conducirá a una mejora de la eficiencia aún mayor, ya que no hubo evidencia de saturación.
“La metodología y los principios desarrollados durante esta investigación son aplicables a una serie de dispositivos fotovoltaicos con puntos cuánticos y nanocristales, tales como celdas de plástico polimérico y celdas de Gratzel de óxido metálico poroso sensibilizadas con colorante, "El Dr. Sergeev dijo PhysOrg.com . "La recolección y conversión efectivas de la radiación infrarroja debido a la cinética optimizada de los agujeros de electrones en estructuras con puntos cuánticos y nanocristales conducirá a avances potenciales en el área de conversión de energía solar".
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