Ett team under ledning av professor Jongmin Choi vid institutionen för energivetenskap och teknik har utvecklat en PbS-kvantpunkt som snabbt kan förbättra den elektriska ledningsförmågan hos solceller. Resultaten publiceras i tidskriften Small.
Teamet identifierade en metod för att förbättra den elektriska ledningsförmågan genom att använda ”pulsformat” ljus, som genererar betydande energi på ett koncentrerat sätt med regelbundna intervall. Denna metod skulle kunna ersätta värmebehandlingsprocessen, som kräver en betydande tidsåtgång för att uppnå samma resultat. Detta tillvägagångssätt förväntas underlätta produktionen och kommersialiseringen av solceller med PbS-kvantprickar i framtiden.
PbS-kvantprickar är halvledarmaterial i nanoskala som det bedrivs aktiv forskning kring för att utveckla nästa generations solceller. De kan absorbera ett brett spektrum av våglängder av solljus, inklusive ultraviolett, synligt ljus, nära infrarött och kortvågigt infrarött, och har låga bearbetningskostnader på grund av lösningsbearbetning och utmärkta fotoelektriska egenskaper.
Tillverkningen av solceller med PbS-kvantprickar omfattar flera processteg. Fram till nyligen ansågs värmebehandlingsprocessen vara ett viktigt steg eftersom den effektivt täcker ett lager av kvantprickar på ett substrat och värmebehandlar materialet för att ytterligare öka dess elektriska ledningsförmåga.
Men när PbS-kvantprickar utsätts för ljus, värme och fukt kan bildandet av defekter på ytan påskyndas, vilket leder till rekombination av laddningar och försämrad prestanda. Detta fenomen gör det utmanande att kommersialisera dessa material.
För att undertrycka bildandet av defekter på ytan av PbS-kvantprickar föreslog ett team under ledning av professor Choi en värmebehandling som innebar att prickarna utsattes för ljus under en kort period på några millisekunder. Konventionella tekniker för värmebehandling av PbS-kvantprickskikt innebär att de värms upp i tiotals minuter vid höga temperaturer med hjälp av värmeplattor, ugnar etc.
Forskargruppens föreslagna ”värmebehandlingsteknik av pulstyp” övervinner bristerna i den befintliga metoden genom att använda starkt ljus för att slutföra värmebehandlingsprocessen på några millisekunder. Detta resulterar i att ytdefekter undertrycks och att livslängden för laddningar (elektroner, hål) som genererar elektrisk ström förlängs. Dessutom uppnås en hög verkningsgrad.
”Genom den här forskningen har vi kunnat förbättra solcellernas effektivitet genom att utveckla en ny värmebehandlingsprocess som kan övervinna begränsningarna i den befintliga värmebehandlingsprocessen för kvantprickar”, säger professor Choi vid institutionen för energivetenskap och teknik vid DGIST.
”Dessutom förväntas utvecklingen av en kvantpunktsprocess med utmärkt rippeleffekt underlätta den utbredda tillämpningen av denna teknik på en rad optoelektroniska enheter i framtiden.”
Forskningen har utförts i samarbete med professor Changyong Lim vid institutionen för kemisk energiteknik vid Kyungpook National University och professor Jongchul Lim vid institutionen för energiteknik vid Chungnam National University.
Ytterligare information: Eon Ji Lee et al, Suppression of Thermally Induced Surface Traps in Colloidal Quantum Dot Solids via Ultrafast Pulsed Light, Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202400380
