Kropki kwantowe przyszłością fotowoltaiki?

Znacznym ograniczeniem dla wzrostu liczby zainstalowanych systemów fotowoltaicznych jest ich budowa. Panele te wymagają zaangażowania sporej powierzchni dachowej i przez wielu postrzegane są jako mało estetyczne. W tym właśnie celu powstały instalacje BIPV, które pozwalają na zastąpienie elementów budynku systemami produkującymi energię ze słońca. Dodatkowo występują one w całkiem sporej palecie kolorów. Wszystko wskazuje na to, że w niedalekiej przyszłości systemy PV ponownie ewoluują. Tym razem za sprawą kropek kwantowych.

Czym są kropki kwantowe?

Kropki kwantowe to nic innego jak sztuczny twór, będący niewielkim obszarem przestrzeni, ograniczonym w trzech wymiarach barierami potencjału, co oznacza kwantyzację w trzech kierunkach. Nazywane są one „sztucznymi atomami”. Podobnie jak w przypadku paneli fotowoltaicznych, w których foton musi posiadać określoną energię w celu przejścia przez barierę potencjału, kropka kwantowa również posiada analogiczne poziomy energetyczne, a co za tym idzie, tak samo wygląda sytuacja pobudzania światłem do wyższych stanów energetycznych. Kropki kwantowe aktualnie wykorzystywane są w takich urządzeniach jak tranzystory, lasery i diody elektroluminescencyjne.

Wykorzystanie kropek kwantowych w fotowoltaice

Połączenie sił badaczy z University of Milano-Bicocca oraz Los Alamos National Lab poskutkowało stworzeniem luminescencyjnego koncentratora energii promieniowania słonecznego. Jest to folia polimerowa zawierająca centra luminescencyjne pozwalające na absorbcję padającego promieniowania słonecznego. Matryca koncentratora działa na zasadzie światłowodu. Krawędzie polimerowej folii tworzą ogniwa fotowoltaiczne. Zaabsorbowane przez kropki kwantowe promieniowanie przesyłane jest do krawędzi koncentratora, gdzie ogniwa pv przekształcają je na energię elektryczną. Sposób działania tak zbudowanych systemów polega na skupianiu promieniowania słonecznego zebranego z dużej powierzchni na małych rozmiarów ogniwie fotowoltaicznym.

Praktyczne metody wykorzystania

Kropki kwantowe umieszczone na polimerowej płycie tworzą całkowicie przezroczystą powierzchnię. Inżynierowie zgodnie twierdzą, że w przyszłości umożliwi to tworzenie szyb okiennych zbudowanych z tego właśnie materiału, których ramy tworzyć będą odpowiednich wymiarów ogniwa fotowoltaiczne. Przeprowadzone pomiary nie wykazały występowania strat wynikających z przesyłu promieniowania słonecznego (nawet na odległość kilkudziesięciu centymetrów). Obecnie systemy te osiągają sprawność ok. 10%. Badacze wierzą, że dalsze badania nad kropkami kwantowymi doprowadzą do poprawy ich efektywności oraz powstania kolejnych możliwości wykorzystania materiału.

źródło: materiałyinżynierskie.pl