Nanopartikler for å lage mer effektive solcellepaneler som utnytter infrarødt lys

Mer effektive solcellepaneler som drar nytte av infrarødt lys

For å fange opp så mye energi som mulig fra solen, må vi forbedre effektiviteten til solceller. For øyeblikket fanger de fleste teknologiene bare synlig lys, noe som betyr at resten av spekteret er bortkastet. Nå har forskere ved Lawrence Berkeley National Laboratory utviklet en måte å bruke nanopartikler belagt i spesielle organiske fargestoffer for å utnytte infrarødt lys , noe som kan gjøre det mulig for solceller å utvide spekteret og være mer effektive, og arbeide for å doble effektiviteten.

Partikler kjent som up-converting nanoparticles (UCNPs) inneholder lantanidmetallioner som ytterbium og erbium.Ytterbium absorberer infrarødt lys og sender det tilbake til erbium, som returnerer det som synlig grønt lys. Senere ble det oppdaget at belegg av nanopartiklene med et organisk fargestoff økte effektiviteten. Problemet var at de forringet seg raskt når de ble utsatt for lys.

" Fargestoffene så ut til å forringes nesten umiddelbart etter eksponering for lys, og ingen visste nøyaktig hvordan fargestoffene samhandlet med overflaten av nanopartiklene," sier Emory Chan, medforfatter for studien.

Original text


Nå sier forskere fra Berkeley Lab at de har oppnådd en stabil prosess for å designe systemer som fungerer bedre. De fant ut at lanthanidene i partiklene får fargestoffene til å gå inn i en tilstand der de kan binde flere fotoner til en enkelt foton med synlig lys , og overføre energien fra lanthanidene mer effektivt. Fungerer som lyskonsentratorer.

" Fargestoffene fungerer som solkonsentratorer i molekylær skala, og kanaliserer energien fra de nærinfrarøde fotonene til nanopartiklene," sier P. James Schuck, medleder for studien.

Shutterstock

Observasjon av lysemisjonen fra fargestoffet og absorpsjonen av UCNP viste at toppene i begge målingene var på linje, og avslørte hvordan disse nanopartiklene fungerte.

Basert på disse funnene, designet forskerne nye UCNP-er for å gjøre prosessen mer effektiv. Etter å ha økt konsentrasjonen av lanthanider i partiklene fra 22 til 52%, fant teamet at deres nye fargede UCNP-er var 33 000 ganger lysere og 100 ganger mer effektive enn de ville vært uten fargestoffet.

Dessverre er ulempen at fargestoffene fremdeles er veldig ustabile - for disse eksperimentene måtte forskerne holde dem i nitrogenholdige omgivelser. De sitter igjen med utfordringen med å utvikle beskyttende belegg for UCNPs.

Når disse ulempene er løst, sier teamet at partiklene kan brukes til å lage solceller som kan dra nytte av mer av lysspekteret. Siden de er transparente for synlig lys, kan et lag plasseres på toppen av normale solceller.

" Disse organiske fargestoffene fanger store skår av nærinfrarødt lys," sier Bruce Cohen, co-lead forfatter av studien. " Siden bølgelengdene til nærinfrarødt lys ofte ikke brukes i solteknologier som fokuserer på synlig lys, og disse fargestoffsensibiliserte nanopartiklene konverterer effektivt nærinfrarødt lys til synlig lys, øker de muligheten å fange opp en god del av solspekteret som ellers er bortkastet, og å integrere det i eksisterende solteknologier. "

Mer informasjon: Berkeley Lab

Anbefalt

Egenskaper, fordeler og bruk av eplecidereddik
Avokado: hvordan plante sin grop?
Egenskaper, fordeler og bruk av laurbærblad