_ Tăiere cuantică, upconversion și senzorul de temperatură ajută la managementul termic în celulele solare pe bază de siliciu

Introducerea materialelor de conversie a luminii în dispozitive fotovoltaice pe bază de siliciu este o modalitate eficientă de a îmbunătăți eficiența conversiei fotoelectrice a acestora. Materialele de conversie a luminii includ materiale de tăiere cuantică și materiale de conversie ascendentă.

Scopul introducerii materialelor de tăiere cuantică este de a împărți un foton cu lungime de undă scurtă în doi sau mai mulți fotoni care se pot alătura conversiei fotoelectrice în dispozitivele fotovoltaice pe bază de siliciu. . Introducerea materialelor de conversie ascendentă se face pentru a combina doi sau mai mulți fotoni infraroșii într-un singur foton care poate fi folosit și pentru conversia fotoelectrică în dispozitive fotovoltaice pe bază de siliciu.

Introducerea materialelor de conversie a luminii poate îmbunătăți eficiența conversiei fotoelectrice fără a modifica performanța celulelor solare pe bază de siliciu în sine. Această metodă poate reduce foarte mult dificultatea tehnică de îmbunătățire a eficienței sistemelor fotovoltaice pe bază de siliciu. În plus, dispozitivele fotovoltaice pe bază de siliciu sunt expuse la lumina soarelui, astfel încât temperatura acestora trebuie gestionată. Gestionarea acestei temperaturi necesită măsurarea ei în avans.

Cu toate acestea, este posibil ca dacă trei materiale care pot realiza individual tăierea cuantică, conversia ascendentă și detectarea temperaturii sunt introduse simultan în celulele solare pe bază de siliciu, aceasta va conduce la dificultăți în proiectarea structurii celulelor solare și la creșterea inutilă a costurilor produsului. Prin urmare, găsirea și dezvoltarea materialelor de înaltă performanță care combină cele trei funcții de mai sus este o provocare.

Într-o nouă lucrare publicată în Light: Science & Applications, cercetătorii de la School of Science, Dalian Maritime University raportează că au obținut divizarea foto foarte eficientă, emisie de conversie ascendentă aproape pură în infraroșu și o detectare adecvată a temperaturii pentru managementul termic în celulele solare pe bază de siliciu prin ajustarea concentrațiilor de dopaj de Er3+ și Yb3+ în fosfor NaY(WO4)2.

Lucrarea dezvăluie că acest material all-in-one este un candidat excelent pentru aplicare în celulele solare pe bază de siliciu pentru îmbunătățirea eficienței lor de conversie fotoelectrică și îmbunătățirea gestionării căldurii.

O înțelegere aprofundată a mecanismul de tăiere cuantică este semnificativ pentru proiectarea și evaluarea materialelor de tăiere cuantică. Cu toate acestea, în multe cazuri, procesele de tăiere cuantică sunt complicate. În această lucrare, autorii au decriptat cu atenție pașii de divizare a fotografiilor în NaY(WO4)2 co-dopat cu Er3+/Yb3+ pentru a ajuta spectroscopia dependentă de concentrație de dopaj și dinamica fluorescenței.

Echipa afirmă: „ Pe baza analizelor spectroscopice optice, a fost descoperit mecanismul de tăiere cuantică, iar procesul de scindare a fotonilor include procese de transfer de energie în două etape, și anume, 4S3/2+2F7/2 4I11/2 +2F5/2 și 4I11/2 + 2F7/ 2 4I15/2 + 2F5/2."

Eficiența de tăiere cuantică poate fi confirmată experimental și teoretic. În cazul ideal, eficiența de tăiere cuantică măsurată este definită și ca eficiență cuantică internă, dar este diferită de definiția tradițională a eficienței cuantice interne. Tehnica de măsurare a eficiențelor cuantice nu este încă satisfăcătoare, deoarece rezultatele măsurării sunt complicate de prea mulți factori necontrolați.

Prin urmare, eficiența de tăiere cuantică internă teoretică devine semnificativă. Autorii susțin: „Mecanismul de tăiere cuantică a fost descoperit prin analizele spectroscopice optice, iar eficiența de tăiere cuantică a fost calculată cu ajutorul teoriei Judd-Ofelt, teoriei Föster-Dexter, legii decalajului energetic”. Autorii au estimat eficiența de tăiere cuantică internă pentru NaY(WO4)2: Er3+/Yb3+ luând în considerare tranzițiile radiative, tranzițiile non-radiative și transferurile de energie și au atins o eficiență de până la 173%.

Un alt punct important al acestei lucrări este că cercetătorii au obținut o emisie aproape pură în infraroșu apropiat de Yb3+.

Echipa observă: „Aceste mecanisme de conversie ascendentă ne spun că atât Er3+, cât și Er3+/Yb3+ au dopat NaY(WO4) 2 fosfori prezintă emisii puternice în infraroșu apropiat de la 4I11/24I15/2 de Er3+ și 2F5/22F7/2 de Yb3+, ceea ce indică că fosforii studiați sunt buni candidat(i) de conversie a luminii pentru aplicațiile de celule solare pe bază de siliciu."

(Fluierul)