Kolloid kvant nöqtələri (CQDs) maye məhlulda (yəni kolloid) sintez edilən, ölçüsü cəmi bir neçə nanometr olan kiçik yarımkeçirici hissəciklərdir. Kütləvi materialların kimyəvi və fiziki proseslər vasitəsilə parçalanması nəticəsində yaranan bu monokristal hissəciklər fotovoltaik (PV) texnologiyalarının inkişafı üçün perspektivli olduğunu sübut etdi.

Kvant nöqtə əsaslı PV-lər tənzimlənə bilən bant boşluğu, daha çox çeviklik və həll emalı da daxil olmaqla müxtəlif üstünlüklərə malik ola bilər. Bununla belə, indiyədək hazırlanmış kvant nöqtə əsaslı günəş hüceyrələrinin keçirici CQD filmlərinin sintezi üçün tələb olunan bahalı proseslər səbəbindən adi silikon əsaslı hüceyrələrdən daha aşağı effektivlik və yüksək istehsal xərcləri də daxil olmaqla əhəmiyyətli məhdudiyyətlərə malik olduğu aşkar edilmişdir.

Çinin Soochow Universitetinin, Yaponiyanın Elektro-Rabitə Universitetinin və dünyanın digər institutlarının tədqiqatçıları bu yaxınlarda kvant nöqtəli fotovoltaiklərin effektivliyini artırmaqla yanaşı, onların istehsal xərclərini də aşağı salmağa kömək edə biləcək yeni bir üsul təqdim etdilər. Təbiət Enerjisində nəşr olunan bir məqalədə qeyd olunan onların təklif etdiyi yanaşma günəş hüceyrələri üçün filmlərin çapı üçün istifadə edilən qurğuşun sulfid (PbS) CQD mürəkkəblərinin mühəndisliyini nəzərdə tutur.

“İnsanlar koloidal kvant nöqtələrini (CQD) müzakirə edərkən , ağla gələn ilk şey onların son dərəcə cəlbedici ölçüdən asılı kvant xassələri, eləcə də aşağı qiymətli məhlullara əsaslanan istehsal üsulları ilə uyğunluğudur ki, bu da xüsusilə çap edilə bilən günəş batareyaları və optoelektronik cihazlarda yeni nəsil yarımkeçirici materiallar üçün maraqlı imkanlar açır”. Tech Xplore.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=100&lmt=1745230371&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-ink-approach-boosts-efficiency-quantum.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiJdLFsiTm90LUEuQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNS4wLjcwNDkuOTYiXV0sMF0.&dt=1745230371225&bpp=4&bdt=206&idt=4&shv=r20250417&mjsv=m202504150101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745229982%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745229982%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745229982%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=5495409163235&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1750&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95357427%2C95351336%2C95355501%2C95344787%2C95357878%2C95356661%2C95356809%2C95357715%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=3694099323788472&tmod=1744474341&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=1&fsb=1&dtd=11

“Lakin bu potensial tətbiqlər çox vaxt keçirici CQD filmlərinin istehsalı üçün tələb olunan mürəkkəb və bahalı sintez və istehsal prosesləri ilə kölgədə qalır.”

Hal-hazırda keçirici CQD filmlərinin istehsalı üçün istifadə edilən mürəkkəb və bahalı proseslər, CQD aktiv təbəqələrinin kommersiyalaşdırılması üçün çox yüksək olan 0,25 ABŞ dolları ilə 0,84 ABŞ dolları/Wp ​​arasında dəyişən xərclərlə məhdud məhsuldarlıq əldə edir. Bundan əlavə, mövcud proseslər materialların keyfiyyətinə və nəticədə günəş batareyalarına məhdud nəzarət təklif edir.

“İşimizdən əvvəl, 10 sm²-dən çox olan CQD günəş modulları yalnız ~1% gücə çevrilmə səmərəliliyinə (PCE) nail oldu ki, bu da laboratoriya miqyaslı cihazların 12% -dən çox PCE (0,04 sm²) ilə ziddiyyət təşkil edir” dedi Liu. “Bu səmərəlilik boşluğu, isti inyeksiya və liqand mübadiləsini əhatə edən bahalı və mürəkkəb üsullarla birləşərək, kommersiya miqyaslı CQD fotovoltaiklərini demək olar ki, qeyri-mümkün etdi. Effektivlik boşluğu, bahalı üsullarla birlikdə, kommersiya miqyaslı CQD fotovoltaiklərini praktiki olaraq mümkünsüz etdi.”

Liu və onun həmkarlarının son işinin əsas məqsədi kvant nöqtələrinə əsaslanan PV-lərin gələcək inkişafını asanlaşdırmaq, geniş sahəli və səmərəli günəş batareyalarının aşağı qiymətə istehsalına imkan yaratmaq idi. Bu məqsədə çatmaq üçün onlar CQD filmlərinin istehsalını dəstəkləyə biləcək yeni mürəkkəb mühəndisliyi yanaşmasını təqdim etdilər.

“Böyük sahəli keçirici kvant nöqtə filmləri yaratmaq üçün bu hissəciklər kvant effektlərini qorumaq üçün fərdi vəziyyətlərini qoruyarkən vahid və sıx şəkildə yığılmalıdır” dedi Liu. “Ölçüdə və ya yığmada hər hansı uyğunsuzluq enerji itkisinə səbəb ola bilər, yarımkeçiricilərin performansına mənfi təsir göstərir. Bu, kvant nöqtələrinin yığılması və liqand dizaynı arasında incə bir tarazlıq təqdim edir.”

CQD-lərin yaradılması üçün ənənəvi yanaşmalar uzun zəncirli izolyasiya edən liqandlara bükülmüş kvant nöqtələri istehsal etmək üçün isti inyeksiya üsullarına əsaslanır, ardınca filmin keçiriciliyini artıran daha qısa zəncirlərə liqand mübadiləsi aparılır. Bu yanaşmalar həm bahalı, həm də mürəkkəbdir, buna görə də onları geniş miqyasda təkrarlamaq çətindir.

“Liqand mübadiləsi prosesləri həm mürəkkəbliyi, həm də material xərclərini artırır, eyni zamanda aqreqasiya və morfoloji qüsurlara səbəb olur ki, bu da böyük ərazilərdə vahidliyə nail olmağı çətinləşdirir” dedi Liu. “Bunun əksinə, bizim yanaşmamız CQD mürəkkəblərini hazırlamaq üçün birbaşa sintez (DS) texnikasından istifadə edir.”

Liu və onun həmkarları tərəfindən hazırlanmış yeni mürəkkəb mühəndisliyi üsulu ion qapaqlı CQD-lərin birbaşa qütb həlledicidə sintezinə imkan verir və beləliklə, mürəkkəb liqand mübadiləsi proseslərinə ehtiyacı aradan qaldırır. Tədqiqatçılar öz yanaşmalarından istifadə edərək bir addımda sıx yığılmış keçirici CQD filmlərini çap edə bildilər.

“Aqreqasiya və birləşməni minimuma endirmək üçün biz ion konfiqurasiyalarının və funksionallığın dəqiq tənzimlənməsi üçün həll kimya mühəndisliyi (SCE) strategiyasından istifadə edərək mürəkkəbin kimyəvi mühitinə nəzarət edirik” dedi Liu. “Sadələşdirilmiş kvant nöqtə texnologiyası və təkmilləşdirilmiş mürəkkəb sabitliyi daha az qüsurlu sabit CQD mürəkkəbləri ilə nəticələnir, kvant nöqtəli nazik filmlərin və fotovoltaik cihazların geniş miqyaslı istehsalına imkan verir, hamısı $0,06/Wp-dən azdır.”

Shi, Liu və onların həmkarları təklif etdikləri yanaşmanı bir sıra testlərdə sınaqdan keçirdilər və bunun yüksək sabit kvant nöqtə mürəkkəblərinin istehsalı ilə nəticələndiyini göstərdilər. Bundan əlavə, onlar səthdə üstünlük təşkil edən və geri dönməz kvant nöqtələrinin qarşılıqlı əlaqəsi ilə çap edilmiş CQD filmlərində mövcud olan qüsurlar, həmçinin bu filmlərə əsaslanan geniş ərazili günəş batareyalarının performansı arasında əlaqəni aşkar etdilər.

“Bizim səylərimiz 10%-dən çox sertifikatlaşdırılmış gücə çevrilmə səmərəliliyinə (PCE) malik ilk geniş sahəli CQD günəş modulunun yaradılmasına gətirib çıxardı ki, bu da CQD-əsaslı fotovoltaiklərin kommersiyalaşdırılması istiqamətində əhəmiyyətli bir addım atdı” dedi Liu.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=1041534309&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=100&lmt=1745230371&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-ink-approach-boosts-efficiency-quantum.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM1LjAuNzA0OS45NiJdLFsiTm90LUEuQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNS4wLjcwNDkuOTYiXV0sMF0.&dt=1745230371246&bpp=3&bdt=226&idt=3&shv=r20250417&mjsv=m202504150101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745229982%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745229982%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745229982%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=5495409163235&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3603&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95357427%2C95351336%2C95355501%2C95344787%2C95357878%2C95356661%2C95356809%2C95357715%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=3694099323788472&tmod=1744474341&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=2&fsb=1&dtd=6

“Bundan əlavə, biz CQD texnologiyası üçün yeni etalon təyin edərək, 13,40% PCE ilə yüksək səmərəli kiçik sahəli günəş batareyasına nail olduq. Bu irəliləyişlər CQD günəş batareyalarının geniş istifadəsini uzun müddət məhdudlaşdıran miqyaslılıq və xərc problemlərini həll etdiyi üçün çox vacibdir.”

Bu yaxınlarda aparılan tədqiqat qısa müddətdə aşağı qiymətli, geniş ərazili və yüksək performanslı CQD əsaslı günəş batareyalarının və yaxın infraqırmızı sensorlar və ya kosmik tədqiqat alətləri kimi digər optoelektronik cihazların inkişafına töhfə verə bilər.

Növbəti tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Liu və həmkarları öz yanaşmalarından istifadə edərək istehsal olunan mürəkkəbləri daha da təkmilləşdirməyi planlaşdırırlar, çünki bu, günəş batareyalarının daha da yaxşı səmərəliliyi ilə nəticələnə bilər, eyni zamanda onların real dünyadakı mümkün tətbiqlərini genişləndirə bilər.

“Biz texnologiyanın müxtəlif kvant nöqtələri, o cümlədən aşağı toksiklik variantları və çevik elektronika üçün uyğunlaşdırılmasını araşdıracağıq” dedi Liu. “Əlavə olaraq, biz onların qısa dalğalı infraqırmızı (SWIR) görüntü cihazı kimi sahələrdə istifadəsini araşdıracağıq – avtonom nəqliyyat vasitələri, ağıllı robotlar və sənaye avtomatlaşdırılması kimi əlverişli süni intellekt texnologiyalarını inkişaf etdirmək üçün kritik komponentlər.

“Nəticədə bizim məqsədimiz kvant nöqtəli elektronikanın həm xərclərini, həm də ətraf mühitə təsirini azaltmaqla bu texnologiyanı kommersiya istehsalı üçün genişləndirməkdir”.

Daha çox məlumat: Guozheng Shi et al, Stabil mürəkkəb mühəndisliyi vasitəsilə geniş ərazili kvant nöqtəli fotovoltaiklər üçün səmərəlilik və xərc maneələrinin aradan qaldırılması, Təbiət Enerjisi (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01746-4

Jurnal məlumatı: Təbiət Enerjisi 

© 2025 Science X Network