นาโนคริสตัลกึ่งตัวนำที่เรียกว่าคอลลอยด์ควอนตัมดอท (CQDs) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น จอภาพขนาดใหญ่และเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากมีประสิทธิภาพและความบริสุทธิ์ของสีสูง ข้อเสียเปรียบหลักคือความเป็นพิษ เนื่องจากโดยปกติแล้วจะทำจากแคดเมียมหรือโลหะหนักอื่นๆ เช่น ตะกั่ว นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอสในสหรัฐอเมริกาได้ออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ QD
ที่ปราศจากแคดเมียมซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเท่า
กับเซลล์สุริยะที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กุญแจสู่ประสิทธิภาพสูงของอุปกรณ์ใหม่คือความทนทานต่อข้อบกพร่อง CQD สามารถสังเคราะห์ได้ในสารละลาย ซึ่งหมายความว่าฟิล์มของผลึกนาโนเหล่านี้สามารถสะสมได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายบนวัสดุพิมพ์ที่ยืดหยุ่นหรือแข็งหลายประเภท เช่นเดียวกับสีหรือหมึก นาโนคริสตัลกึ่งตัวนำดังกล่าวเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์อนินทรีย์อนินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งเปล่งแสงผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการรวมตัวของรังสี ในที่นี้ อิเล็กตรอนในแถบพลังงานวาเลนซีใน QD จะดูดซับโฟตอนและเคลื่อนที่ไปยังแถบการนำไฟฟ้า โดยปล่อยให้มีช่องว่างอิเล็กตรอนหรือรูอยู่ จากนั้นอิเล็กตรอนและรูที่ถูกกระตุ้นจะรวมตัวกันอีกครั้งโดยปล่อยโฟตอน
ข้อดีของการใช้ CQD เป็นวัสดุโซลาร์เซลล์ในเซลล์แสงอาทิตย์คือพวกมันดูดซับแสงผ่านช่วงความยาวคลื่นของรังสีแสงอาทิตย์ในวงกว้าง ทั้งนี้เนื่องจากช่องว่างแบนด์ของ CQD สามารถปรับได้ในช่วงพลังงานขนาดใหญ่โดยเพียงแค่เปลี่ยนขนาดของนาโนคริสตัล คุณสมบัติที่ปรับขนาดได้ดังกล่าวช่วยให้ประสิทธิภาพของ QD เหล่านี้เข้าถึงโฟโตโวลตาอิกแบบฟิล์มบางแบบดั้งเดิมได้อย่างรวดเร็ว เช่น PbS, CdTe และ Pb-halide perovskite QDs
ปราศจากองค์ประกอบที่เป็นพิษ
ทีมนักวิจัยที่นำโดยVictor Klimovได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ QD ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งปราศจากองค์ประกอบที่เป็นพิษ พวกเขาสร้างอุปกรณ์ใหม่โดยทำปฏิกิริยากับทองแดง อินเดียม และซีลีเนียม จากนั้นจึงเติมสังกะสีลงในส่วนผสมเพื่อผลิต QD ที่เจือด้วยสังกะสี จากนั้นจึงรวม QD เหล่านี้ไว้ในช่องว่างของฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุนสูง (TiO 2 ) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอิเล็กโทรดเก็บประจุ อิเล็กโทรดถูกแช่ในอิเล็กโทรไลต์ Na 2 S
เมื่อ QDs ในอุปกรณ์ดูดซับโฟตอนที่เข้ามาจากแสงแดด อิเล็กตรอนที่มีพันธะแน่นในแถบวาเลนซ์จะตื่นเต้นไปกับแถบการนำไฟฟ้าที่มีความคล่องตัวสูง อิเล็กตรอนเหล่านี้จะย้ายไปยังอิเล็กโทรด TiO 2ทำให้เกิดกระแสในกระบวนการ
นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขา “ประหลาดใจอย่างยิ่ง” กับผลการวัดค่าโฟโตโวลตาอิกและสเปกโตรสโกปีบนอุปกรณ์ใหม่ เนื่องจาก QDs ของพวกมันมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนมาก – องค์ประกอบสี่อย่างรวมกันในอนุภาคขนาดนาโนเดียวกัน – พวกเขามีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง (intragap) Klimov อธิบาย ข้อบกพร่องเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นกับดักที่อิเล็กตรอนติดอยู่ ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนและรูมีเวลาที่จะรวมตัวกันใหม่แทนที่จะแยกออกจากกันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าที่มีประโยชน์
ไฟ LED ควอนตัมดอทปราศจากแคดเมียม
“อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความไม่สมบูรณ์เหล่านี้ ZCISe QDs ก็แสดงให้เห็นประสิทธิภาพที่สมบูรณ์แบบในเซลล์แสงอาทิตย์ใหม่” Klimov กล่าว “ต่อโฟตอนที่ถูกดูดกลืน 100 ตัว เราตรวจพบอิเล็กตรอนที่สร้างด้วยแสง 85 ตัว ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพการแปลงโฟตอนเป็นอิเล็กตรอนอยู่ที่ 85%”
photoconversion ที่มีข้อบกพร่อง
ตามที่ทีม Los Alamos ซึ่งรายงานงานของพวกเขาในNature Energyข้อบกพร่องในวัสดุของพวกเขาจริง ๆ แล้วช่วยในกระบวนการแปลงภาพถ่ายไปพร้อม ๆ กันแทนที่จะขัดขวาง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ที่สูงของวัสดุนั้นเกิดจากกลไกเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องภายในสองประเภท พวกเขาอธิบาย ประการแรก ระบุว่าเป็นกับดักอิเล็กตรอนที่มีพื้นผิวตื้น ช่วยเพิ่มการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่าง QDs และอิเล็กโทรด TiO 2 ประการที่สอง ระบุเป็นข้อบกพร่องในการดักจับรู Cu 1+ช่วยถ่ายโอนรูระหว่าง QD และอิเล็กโทรไลต์
สมมติฐานดั้งเดิมที่ว่าข้อบกพร่องของพื้นผิวมักจะเป็นอันตราย ดังนั้นจึงดูเหมือนจะไม่เป็นความจริงสำหรับ ZCISe QDs พวกเขากล่าว อันที่จริงโครงสร้างอาจปกป้องอิเล็กตรอนและรูจากการรวมตัวกันที่ไม่ต้องการ นี่หมายความว่ากับดักพื้นผิวเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรด TiO 2 ทางอิเล็กทรอนิกส์ และที่สำคัญคือพลังงานของกับดักเหล่านี้สูงเพียงพอสำหรับอิเล็กตรอนในการถ่ายโอนไปยังแถบการนำ TiO 2 อย่างมีประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพการแปลงภาพสูง รวมกับความทนทานต่อข้อบกพร่องที่โดดเด่นและองค์ประกอบที่ปราศจากองค์ประกอบที่เป็นพิษของ QDs เหล่านี้ทำให้พวกเขาเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์
โมเลกุลที่ไวต่อแรงกดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้สำรวจวิธีการสร้างเซ็นเซอร์วัดความเครียดจากโมเลกุลที่ไวต่อแรงกดซึ่งรวมอยู่ในพอลิเมอร์ เมื่อโมเลกุล “กลไกทางกล” เหล่านี้ถูกกระตุ้นด้วยแรงที่มีขนาดเพียงพอ พวกมันจะเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้คุณสมบัติทางแสงของพวกมัน (เช่น การเรืองแสง การเรืองแสง และสี) เปลี่ยนไป
กลไกหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือสารประกอบอินทรีย์ที่เรียกว่าสไปโรไพแรน เมื่อโครงข่ายโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยสไปโรไพแรนเสียรูป แรงบนพันธะของโมเลกุลนี้จะทำให้โมเลกุลนี้แปรสภาพเป็นตัวแปรทางเคมีที่เรียกว่าเมโรไซยานีนซึ่งดูดซับแสงที่มองเห็นได้ ด้วยการส่องแสงบนตัวอย่างและตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของสีจากโปร่งใสเป็นสีน้ำเงิน นักวิจัยจึงสามารถวัดเศษส่วนของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาเคมีได้โดยตรง ในทางกลับกัน วิธีนี้จะช่วยให้พวกเขาวัดค่าความเค้นเฉลี่ยที่ใช้กับวัสดุ ณ จุดที่สังเกตเห็นการเปลี่ยนสี
Credit : csopartnersforchange.org developerhc.com drugfreeasperger.com edgenericviagra.com embracingeveryday.net
