Kropki kwantowe

Naukowcy opracowali nowej generacji kropki kwantowe umieszczone w matrycy przezroczystego polimeru, dzięki którym transparentna szyba będzie mogła pełnić funkcję panelu fotowoltaicznego i absorbować energię promieniowania słonecznego, a następnie wytwarzać energię elektryczną. Projekt ma znaleźć zastosowanie w generowaniu energii elektrycznej przez szyby zamieszczone w budynkach.

 

Kropki kwantowe to półprzewodnikowe układy, ograniczone w trzech wymiarach barierami potencjału, w których następuje wiązanie się nośników ładunków (elektronów). Wytwarzanie kropek kwantowych jest możliwe w wyniku utworzenia struktury poprzez litografię, metody epitaksjalnego wzrostu kryształów lub też na drodze syntezy wewnątrzmicelarne. Każda kropka kwantowa posiada poziomy energetyczne odpowiadające poziomom atomowym. W wyniku działania światła, następuje przejście do wyższych stanów energetycznych, w wyniku czego zachodzi emisja promieniowania, będąca skutkiem powrotu do stanów o mniejszych poziomach energii. Kropki kwantowe wykorzystywane są do produkcji takich urządzeń jak: lasery, znaczniki medyczne, nośniki leków, diody elektroluminescencyjne.

 

Naukowcy zLos Alamos National Laboratory w Stanach Zjednoczonych oraz University of Milano-Bicocca (UNIMIB) we Włoszech wytworzyli nowej generacji kropki kwantowe osadzone w matrycy przeźroczystego polimeru. Wykonali oni projekt luminescencyjnego koncentratora energii promieniowania słonecznego. Jest on w formie płyty lub folii polimerowej z centrami (kropkami) luminescencyjnymi, które umożliwiają absorpcję padającego promieniowania słonecznego. Polimerowa matryca pełni funkcję światłowodu. Ograniczona jest krawędziami, w których umieszczone zostały ogniwa fotowoltaiczne. Kropki absorbują promieniowanie, które następnie jest przesyłane do krawędzi koncentratora, gdzie jest ono konwertowana na energię elektryczną. Kropki pełną funkcję anten na światło, które umożliwiają zbieranie promieniowania słonecznego z dużego obszaru i skupianie ich na mniejszej powierzchni ogniw fotowoltaicznych umieszczonych na bokach. Dzięki temu możliwy jest znaczny wzrost produkcji energii elektrycznej.

 

Kropki kwantowe wykorzystywane w tych doświadczeniach miały w swojej strukturze selenek kadmu oraz siarczek kadmu. Absorpcja światła była na powierzchni siarczku kadmu, z kolei emisja we wnętrzu selenu kadmu. Rozdzielenie funkcji absorpcji i emisji między dwoma elementami umożliwiła zmniejszenie strat podczas ponownego pochłaniania promieniowania.

 

Pierwsze szyby ze związkami chemicznymi wykorzystywanymi do produkcji paneli fotowoltaicznych można spotkać już od kilku lat na rynku. Konieczne jest aby półprzeźroczyste szyby były barwione. Najlepsze efekty pracy uzyskuje się w wyniku zastosowania szyb z kolorem czarnym, zielonym, czerwonym i niebieskim. Wciąż prowadzone są badania nad rozwojem kropek kwantowych, które mogą sprawić, że urządzenia tego typu staną się na tyle efektywne, żeby zacząć je produkować na masową skalę.