Pastaruosius keletą metų mokslininkai naudoja kvantinius taškus siekdami padidinti šviesos sugertį bei visą saulės elementų efektyvumą. Dabar yra žengtas kitas žingsnis rodantis, kad kvantiniai taškai, turintys krūvį, gali padidinti InAs/GaAs kvantinių taškų saulės elementų efektyvumą 50 procentų.
JAV mokslininkai atspausdino savo darbą apie padidinto effektyvumo saulės elementus „Nano Letters“ žurnale. Darbe buvo tirti heterostruktūros saulės elementai su InAs/GaAs kvantiniais taškais. Kaip fotovoltinės medžiagos kvantiniai taškai gali būti panaudoti verčiant infraraudonojo spinduliavimo energiją į elektros energiją. Tačiau kvantiniai taškai padidina fotokrūvininkų rekombinaciją ir mažina srovę. Dėl tos priežasties iki šiol fotovoltinių elementų, turinčių kvantinius taškus, efektyvumas apsiribojo keletu procentų.
Šiame tyrime mokslininkai pasiūlė įkrauti kvantinius taškus. Buvo išnagrinėti kvantinių taškų papildomi krūviai esant dviems, trims ir šešiems elektronams. Fotovoltinių elementų efektyvumas padidėjo nuo 4,5; 30 ir 50 procentų. Esant šešiems papildomiems elektronams elemento efektyvumas padidėjo nuo 9,3 procentų iki 14 procentų.
Toks esminis fotovoltinio elemento efektyvumo padidėjimas gali būti paaiškintas dviem efektais. Pirmiausia, papildomas krūvis sukelia įvairius elektronų šuolius medžiagoje ir padidina infraraudonojo spinduliavimo surinkimo efektyvumą. Antra, esantys papildomi krūviai sukuria potencinį barjerą apie kvantinius taškus, o tai sumažina elektronų rekombinacijos tikimybę ir neleidžia jiems grįžti atgal į kvantinį tašką. Potencinio barjero efektas anksčiau buvo išnaudotas tobulinant inraraudonuosius jutiklius.
Mokslininkai mano, kad tolimesnis papildomo krūvio didinimas leis gauti žymiai ryškesnį efektyvumo padidėjimą, nes nebuvo įsisotinimo ženklų. Ateityje mokslininkai planuoja patyrinėti, kaip šie efektai veikia vienas kitą prie didesnių papildomų krūvių.
Tyrimo metu sukurti metodai ir principai gali būti pritaikyti daugeliui fotovoltinių įrenginių su kvantiniais taškais ir nanokristalais. Efektyvus šviesos surinkimas ir infraraudonojo spinduliavimo konversija sudarys sąlygas proveržiui saulės elementų kūrime.
