Een van de meest veelbelovende opkomende zonneceltechnologieën heeft een enorme efficiëntieverbetering gekend. Ingenieurs van UNIST in Zuid-Korea hebben een quantum dot-zonnecel gemaakt met een wereldrecordefficiëntie van 18,1%. Quantum dots zijn in wezen slechts kleine, ronde halfgeleiderkristallen die licht met verbazingwekkende efficiëntie absorberen en uitstralen. Door de grootte van kwantumdots te veranderen, kun je de kleur instellen van het licht dat ermee interageert, waardoor ze bruikbaar worden in weergavetechnologie of sensoren.
Ze kunnen uiteindelijk echter het meest worden toegepast in zonnecellen. De meeste commerciële zonnecellen gebruiken een bulkmateriaal als lichtopvanglaag, wat betekent dat het hele oppervlak dezelfde golflengten absorbeert. Maar kwantumstippen kunnen in verschillende groottes voorkomen en zich op verschillende delen van het spectrum concentreren, waardoor de potentiële efficiëntie toeneemt. Bovendien zijn kwantumdots goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen en kunnen er zelfs spuitoplossingen van worden gemaakt.
In de nieuwe studie hebben onderzoekers van het Ulsan Institute of Science and Technology (UNIST) enkele aanpassingen aan het recept aangebracht om de technologie te verbeteren. Quantum dot-zonnecellen gemaakt van organische materialen zijn theoretisch het meest efficiënt, maar hebben helaas het nadeel dat ze minder stabiel zijn in zonlicht en weersomstandigheden, wat niet ideaal is voor apparaten die zijn ontworpen om de hele dag aan zonlicht te worden blootgesteld. Om dit probleem op te lossen worden deze zonnecellen vaak vervangen door anorganische materialen, maar dit beperkt ook hun efficiëntie.
Het UNIST-team maakte quantum dots van organische peroxiden en ontwikkelde een nieuwe methode om de quantum dots aan het substraat te verankeren, waardoor ze dichter bij elkaar konden komen. Hierdoor steeg de efficiëntie tot een record van 18,1%, vergeleken met 16,6% in 2020. Dit record werd onafhankelijk erkend door het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory (NREL).
Sterker nog: de nieuwe zonnecellen zijn veel stabieler. Onder normale omstandigheden kunnen ze het volledige vermogen gedurende 1200 uur behouden, en onder hoge temperaturen van 80 °C (176 °F) kunnen ze hun efficiëntie gedurende 300 uur behouden. Na twee jaar opslag presteerden ze even goed.
Quantum dot-zonnecellen hebben nog een lange weg te gaan voordat ze de dagelijks gebruikte siliciumzonnecellen kunnen inhalen, waarvoor onderzoek en ontwikkeling een halve eeuw vooruit zijn gegaan en snel hun theoretisch maximale rendement naderen. Tegelijkertijd kwamen kwantumdots pas rond 2010 echt in het laboratorium, en hun efficiëntie bedroeg toen minder dan 4%. Terwijl de efficiëntie wordt verbeterd, kunnen goedkope en eenvoudige productieprocessen helpen de technologie op te schalen om een breder scala aan fotovoltaïsche oppervlakken te creëren.
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Energy.