Device physics of colloidal quantum dot solar cells

Zonnepanelen van quantum dots

Mark Speirs onderzocht de mogelijkheid om zonnecellen te maken van colloïdale nanokristallen, ook wel quantum dots genaamd. Hij onderzocht daarbij processen die de efficiëntie van het materiaal kunnen verbeteren.

De zonnepanelen op daken zijn nu doorgaans van zuivere siliciumkristallen. Dat levert goed renderende panelen op (16-18 procent module-efficiëntie), maar de productie is energie-intensief en duur. Quantum dots gemaakt van loodsulfide (PbS QDs) kunnen potentieel goedkope productiemethodes combineren met hoge efficiëntie en goede stabiliteit.

In zijn proefschrift licht Spiers de fysica van PbS nanocrystallen (Quantum dots) in zonnecellen toe en demonstreert hij de fabricatie en optimalisatie van verschillende zonnecelstructuren. Ook presenteert hij de eerste tandemzonnecel die zowel een anorganische actieve laag van PbS QDs heeft, als een organische laag van polymeren. Hij introduceerde met succes een tussenlaag om de twee actieve lagen te verbinden en behaalde daarmee een efficiëntie van ongeveer 2 procent.

Verder bestudeerde hij onder meer de temperatuur afhankelijke eigenschappen van zonnecellen en films van PbS. Zonnecellen met een efficiëntie van ongeveer 8 procent bij kamertemperatuur van blijken een efficiëntie van boven de 10 procent te hebben bij een temperatuur van ruim 40 graden onder nul. Speir verklaart dit fenomeen door de belangrijkste transporteigenschappen te meten als functie van de temperatuur. Dit leidt tot een aantal richtlijnen waarmee een hogere efficiëntie bij kamertemperatuur is te behalen.

Het promotieonderzoek van Mark Speirs vond plaats bij de afdeling Photophysics and OptoElectronics Zernike Institute for Advanced Materials met financiering uit een ERC-grant en via het Ubbo Emmius Fonds.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/fbe02f73-0009-4254-a6af-d4192880c9c1