Maailmas kõige kiiremini kasvava energiatehnoloogiana on päikeseenergial üha suurem osakaal maailma energiatööstusest. Hetkel valmistatakse enamik kaubanduslikke fotoelemente erinevatest pooljuhtmaterjalidest. Viimase paari aasta jooksul on teadlased aga uurinud mil moel suudaksid pooljuht-nanostruktuurid tõsta päikeseelementide efektiivsust ning uuendada tervet päikeseenergia tööstust.
Kui palju nanoteadus reaalselt päikeseelemente parandada suudaks? Selle suhtes on olnud palju vastakaid arvamusi, kuid hiljutine uurimustöö, mida juhtis Arthur Nozik Riiklikust Taastuvenergia Laboratooriumist(National Renewable Energy Laboratory, NREL) , näitab, et pooljuht-nanostruktuuridel on päikeseenergia muundamisel elektrienergiaks kõvasti potentsiaali, vahendab Physorg.com.
Noziku tehtud ülevaates, mis ilmus teadusajakirja Nano Letters viimases väljaandes, võeti kokku erinevate hetkel kasutatavate fotoelementide nanotehnoloogia abil parandamise viisid. Tema sõnul tulenevad pooljuht-nanostruktuuride eelised negatiivse laenguga elektronide ja positiivse laenguga ‘aukude’ kvantvangistusest nanokristallide väga väikestesse ruumipunktidesse. Kvantvangistus võib esineda ühe, kahe või kolmedimensionaalsena. Kui need esinevad kolmedimensionaalsena kutsutakse vastavaid pooljuhte kvanttäppideks. Kõigil juhtudel annab kvantvangistus kvantiseerivaid efekte, mille tagajärjeks on unikaalsed optilised ja elektrilised omadused.
,,Kvanttäppide kasutamisel päikesepatareides ja fotoelementides on kaks teoreetilist eelist: suurem efektiivsus ja väiksemad kulud,” sõnas Nozik. ,,Termodünaamilistel arvutustel põhineva teoreetilise tõenäosuse kohaselt võiks praeguste päikeseelementide efektiivsus kasvada isegi 50-100% võrra. Lisaks vähendaks kvanttäppide kasutamine fotoelementide valmistamise kulusid. Praegused ränipõhised elemendid on kallid(ligi kolm korda kallim tavalisest elektrienergiast), kuid kvanttäpid põhinevad odavamal madalatemperatuurilisel lahendusel, kus need saadakse keemiliselt ning nende abil on võimalik saada ka suuremat muundamisefektiivsust. Enne kvanttäppide kasutamist tööstuses on muidugi teha veel tükk tööd.”
,,Eesmärgiks on valmistada süsteeme mille efektiivsus on lähedane teoreetiliselt saadud maksimumile. Teoreetiline efektiivsus on umbes 45%, laboris saadud kvanttäpp-päikeseelementide efektiivsus on aga 3-5%. See on suur erinevus, seega tuleb meil teada saada, mis seda efektiivsust piirab.”
Teadusartikkel “Nanoscience and Nanostructures for Photovoltaics and Solar Fuels“