Hoe Quantum dots zonnepanelen alles kunnen veranderen ⚆
Ooit gehoord van een quantum dot? En wat dacht u van een kunstmatig atoom? Dit is een echt stukje nanotechnologie dat het potentieel heeft om gebieden als geneeskunde, consumentenelektronica en vooral zonne-energie te revolutioneren. Quantum do ttechnologie wordt al jaren in tv’s gebruikt, dus waarom zit het nog niet in zonnepanelen? Nou, er zijn een paar uitdagingen. Als we deze uitdagingen kunnen omzeilen, dan zouden deze kleine apparaten een GROTE impact kunnen hebben – de grenzen van onze huidige zonnepanelen doorbreken en een nieuw en radicaal efficiënter tijdperk van zonne-energie inluiden.
Quantum dots
Quantum dots zijn halfgeleidende deeltjes die zijn verkleind tot onder de Exciton Bohr-straal en vanwege overwegingen van de kwantummechanica worden de elektronenenergieën die erin kunnen bestaan eindig, net als energieën in een atoom. Quantum dots worden ook wel “kunstmatige atomen” genoemd. Deze energieniveaus zijn instelbaar door hun grootte te veranderen, wat op zijn beurt de bandgap definieert. De dots kunnen over een reeks van groottes worden gekweekt, waardoor ze een verscheidenheid aan bandgaps kunnen uitdrukken zonder het onderliggende materiaal of de constructietechnieken te veranderen.[9] Bij typische natte chemische preparaten wordt de afstemming bereikt door de syntheseduur of -temperatuur te variëren.
Het vermogen om de bandgap af te stemmen maakt quantum dots wenselijk voor zonnecellen. Voor het fotonenverdelingsspectrum van de zon geeft de Shockley-Queisser-limiet aan dat de maximale zonneconversie-efficiëntie optreedt in een materiaal met een bandgap van 1,34 eV. Materialen met lagere bandgaps zijn echter beter geschikt om elektriciteit op te wekken uit fotonen met een lagere energie (en vice versa). Single junction-implementaties met loodsulfide (PbS) colloïdale quantum dots (CQD) hebben bandgaps die afgestemd kunnen worden op het verre infrarood, frequenties die doorgaans moeilijk te bereiken zijn met traditionele zonnecellen. De helft van de zonne-energie die de aarde bereikt, bevindt zich in het infrarood, het grootste deel in het nabije infraroodgebied. Een quantum dot-zonnecel maakt infraroodenergie net zo toegankelijk als elke andere.
Bovendien bieden CQD eenvoudige synthese en bereiding. Terwijl ze in een colloïdale vloeibare vorm zijn gesuspendeerd, kunnen ze eenvoudig worden verwerkt tijdens de productie, met een afzuigkap als de meest complexe apparatuur die nodig is. CQD worden doorgaans in kleine batches gesynthetiseerd, maar kunnen massaal worden geproduceerd. De dots kunnen op een substraat worden verdeeld door spincoating, hetzij met de hand of in een geautomatiseerd proces. Grootschalige productie zou gebruik kunnen maken van spray-on of rol-printsystemen, waardoor de kosten voor moduleconstructie drastisch worden verlaagd.