Весь изготовление печатных квантовых точечных солнечных элементов с помощью принтера-слот-дюймового принтера произошло в чистой комнате в Университете Сучоу. Кредит: Ши и соавт.
Коллоидные квантовые точки (CQD) представляют собой крошечные полупроводниковые частицы, которые имеют размеры всего несколько нанометров, которые синтезируются в жидком растворе (то есть коллоид). Эти однокристаллические частицы, созданные путем разбиваемого массовых материалов с помощью химических и физических процессов, оказались многообещающими для разработки фотоэлектрических (PV) технологий.
PV-PV-квантовые точки могут иметь различные преимущества, в том числе настраиваемую полосовую сетку, большую гибкость и обработку решений. Тем не менее, было обнаружено, что солнечные элементы на основе квантовых точек, разработанные до настоящего времени, имеют значительные ограничения, включая более низкую эффективность, чем обычные кремниевые ячейки, и высокие производственные затраты, из-за дорогих процессов, необходимых для синтеза проводящих пленок CQD.
Исследователи из Университета Сучоу в Китае, Университета электросвязки в Японии и других институтов по всему миру, недавно представили новый метод, который потенциально может помочь повысить эффективность фотоэлектрической карты квантовой точки, а также снизить их производственные затраты. Их предлагаемый подход, изложенная в статье, опубликованной в Природа энергиявлечет за собой разработку чернилов CQD CQD (PBS), используемых для печати пленок для солнечных элементов.
«Когда люди обсуждают коллоидные квантовые точки (CQD), первое, что приходит на ум,-это их чрезвычайно привлекательные квантовые свойства, зависящие от размера, а также совместимость с низкокачественными методами изготовления на основе решений, которые открывают интересные возможности для полупроводниковых материалов следующего поколения, особенно в печатных солнечных клетках и оптоэлектронных устройствах», Guozheng Shi и Zeke, Shiphor, SuoThoror-Shiporor, Comphoror, SuoThoror, Comphoror, Shiphoror, Shiphoror, Shiathoror.
«Тем не менее, эти потенциальные приложения часто омрачаются сложными и дорогими синтезом и производственными процессами, необходимыми для производства проводящих пленок CQD».
Сложные и дорогие процессы, используемые в настоящее время для производства проводящих пленок CQD, достигают ограниченной доходности, с затратами активных слоев CQD в диапазоне от 0,25 до 0,84 долл. сша/WP, которые слишком высоки для их коммерциализации. Кроме того, существующие процессы предлагают ограниченный контроль над качеством материалов и, следовательно, полученные солнечные элементы.
«До нашей работы солнечные модули CQD, превышающие 10 см², достигли только ~ 1% эффективности конверсии мощности (PCE), что резко контрастирует с более чем 12% PCE лабораторных устройств (0,04 см²)»,-сказал Лю. «Этот разрыв в эффективности в сочетании с дорогостоящими и сложными методами, связанными с горячим инъекцией и обменом лигандами, создал коммерческие фотоэлектрические фотоэлектрики почти нецелесообразно. Разрыв в эффективности, наряду с дорогостоящими методами, сделал коммерческим масштабом CQD Photovoltaics».
Основной целью недавней работы LIU и его коллег было облегчить будущее развитие PVS на основе квантовых точек, что обеспечивает недорогую продукцию крупных и эффективных солнечных элементов. Стремясь достичь этой цели, они представили новый подход инженерного инженера, который мог бы поддержать производство CQD Films.
«Для изготовления проводящих квантовых точечных пленок с крупной районом эти частицы должны быть равномерно и плотно сложены при сохранении своих отдельных состояний для сохранения квантовых эффектов»,-объяснил Лю. «Любое несоответствие в размерах или укладке может привести к потере энергии, отрицательно влияя на производительность полупроводников. Это представляет собой тонкий баланс между квантовой точками и конструкцией лиганда».
Гибкая пленка квантовой точки на подложке полиэтилентерефталата (PET)-выпускает путь для недорогих, крупных и легких печатных гибких полупроводников будущего. Кредит: Ши и соавт.
Обычные подходы к созданию CQD полагаются на методы горячих впрыска для производства квантовых точек, завернутых в изолирующие лиганды с длинноцепочечными изоляциями, за которым следует обмен лигандами для более коротких цепей, которые повышают проводимость фильма. Эти подходы являются как дорогими, так и сложными, поэтому их трудно воспроизвести в больших масштабах.
«Процессы обмена лигандами увеличивают как сложность, так и материальные затраты, а также вызывая агрегацию и морфологические дефекты, что затрудняет достижение однородности на крупных территориях», — сказал Лю. «Напротив, наш подход использует метод прямого синтеза (DS) для подготовки чернила CQD».
Новый метод инженерии чернил, разработанный Лю и его коллегами, позволяет синтез ионных CQD непосредственно в полярном растворителе, что устраняет необходимость в сложных процессах обмена лигандами. Используя их подход, исследователи смогли печатать тщательно упакованные проводящие фильмы CQD за один шаг.
«Чтобы минимизировать агрегацию и слияние, мы контролируем химическую среду чернил, используя стратегию химии химии растворов (SCE) для точной настройки ионных конфигураций и функциональности», — сказал Лю. «Упрощенная технология квантовой точки и улучшенная стабильность чернил приводят к стабильным чернилам CQD с меньшим количеством дефектов, что позволяет крупномасштабному изготовлению тонких пленок квантовой точке и фотоэлектрических устройств, и все это стоило менее 0,06 долл. сша/WP».
Ши, Лю и их коллеги проверили их предлагаемый подход в серии тестов и показали, что это привело к производству высокостабильных квантовых точечных чернил. Кроме того, они обнаружили связь между доминируемыми поверхностями и необратимыми взаимодействиями квантовой точки и дефектами, присутствующими в печатных пленках CQD, а также производительность солнечных элементов крупной области на основе этих пленок.
«Наши усилия привели к созданию первого солнечного модуля CQD крупной области с сертифицированной эффективностью конверсии энергии (PCE), превышающей 10%, что отмечает значительный шаг вперед в направлении коммерциализации фотоэлектрических лиц на основе CQD»,-сказал Лю.
«Кроме того, мы достигли высокоэффективного солнечного батарею в малой районе с PCE 13,40%, установив новый эталон для технологии CQD. Эти достижения имеют решающее значение, поскольку они решают масштабируемость и проблемы затрат, которые долгое время ограничивали широкое использование солнечных элементов CQD».
Это недавнее исследование может вскоре способствовать развитию низкокачественных, крупных и высокопроизводительных солнечных элементов на основе CQD и других оптоэлектронных устройств, таких как датчики или инструменты для исследования космоса.
В рамках своих следующих исследований Лю и его коллеги планируют еще больше уточнить чернила, произведенные с использованием их подхода, поскольку это может привести к солнечным элементам с еще лучшей эффективностью, а также расширение их возможных реальных приложений.
«Мы рассмотрим адаптацию технологии для различных квантовых точек, включая варианты с низкой токсичностью и гибкую электронику»,-добавил Лю. «Кроме того, мы исследуем их использование в таких областях, как коротковолновая инфракрасная (SWIR) Imager-критические компоненты для продвижения доступных технологий ИИ, таких как автономные транспортные средства, умные роботы и промышленная автоматизация.
«В конечном счете, наша цель состоит в том, чтобы масштабировать эту технологию для коммерческого производства, сокращение как затрат, так и воздействия на экологическое воздействие на электронику квантовой точки».
Больше информации:
Guzheng Shi et al. Преодоление эффективности и затрат на барьеры для квантовой точки с крупной площадкой с помощью стабильной инженерии чернил, Природа энергия (2025). Два: 10.1038/S41560-025-01746-4
Информация журнала:
Природа энергия
© 2025 Science X Network
Цитирование: Инженерный подход чернила повышает эффективность и снижает стоимость квантовой фотоэлектрической карты на основе точек (2025, 18 апреля), извлеченные 22 апреля 2025 года из этого документа подлежат авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
