Kaibo Zheng

Projekttitel

Tekniske kvantepunkter til næste generation højtydende solceller

Hvad handler dit projekt om?

I projektet vil vi undersøge quantum dot (QD), ultra-små halvleder nanokrystaller alene af flere nanometers størrelse ved hjælp af kemisk doping af metalelementer og deres anvendelser i solceller. QD'er er i stand til at absorbere den fulde solenergi langt mere effektivt end traditionelle silicium-materialer. Imidlertid har den absorberede energi vanskeligt ved at blive omdannet til elektricitet på grund af begrænsningen af opto-elektriske egenskaber hos QD'er. Vi vil anvende de dopede elementer til at gennemføre lys-til-el-konvertering, som kunne overvinde begrænsningen af QD'erne selv. Ved at gøre det forventer vi dramatisk at forbedre enhedseffektiviteten af QD’er baserede solceller i frohold til at gennembryde de foto-fysiske flaskehalse ved konventionelle solceller.  

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

Mit ph.d.-projekt fokuserede på fremstilling af nanostrukturerede solceller. Jeg valgte at slutte mig til Ultrahurtig Spektroskopi Gruppen efter eksamen for at undersøge den foto-inducerede lys-til-elektricitet konverteringsproces i solcellerne. Gennem sådanne undersøgelser har jeg lært de fysiske flaskehalse for alle konventionelle single-junction solceller at kende – de er samlet kendt som Shockley-Queisser Termodynamik Grænsen. Jeg har også her oplevet QD’er som et af de mest lovende materialer til at overvinde begrænsningen. Det har inspireret og motiveret mig til at foreslå dette projekt. 

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

Selv om udviklingen af solceller (SC'er) har udviklet sig imponerende, er effektiviteten af single-junction SC'er begrænset til 33% af Shockley-Queisser-termodynamikken. En løsning til at overvinde denne begrænsning er at undersøge den overskydende energi absorberet ud over båndet mellem lysabsorbenter gennem Multiple Exciton Generation (MEG). Quatum dots materialer (QD’er) muliggør MEG med et højt udbytte, men QD’er baserede SC'er kan stadig kun opnå 11% effektivitet på grund af nogle opto-fysiske flaskehalse. Nuværende projekt har til formål at overvinde disse flaskehalse ved at konstruere en ny generations QD'er med unikke kemiske sammensætninger og nanostrukturer. 

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Omdannelse af solenergi til brugbare og håndterbare energier er presserende nødvendigt som reaktion på de nuværende energi- og miljøkrav. I sådanne sammenhænge spiller solceller (SC'er) en central rolle. Det forventede resultat af projektet vil danne grundlag for at forny solcellernes værdier og roller i energiløsninger. Kendskabet til nye QD-materialer samt QD-baserede solceller vil blive overført til firmaer via patentsøgning. Det nye design af QD'erne kan også åbne nye muligheder i andre applikationer, der indbefatter biosensorer og lysemittere. 

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Dette Sapere Aude-startskud vil give den nødvendige finansielle støtte til mig til at indlede min uafhængige forskning, oprette en forskningsgruppe og forstærke og udvide mine internationale samarbejdsnetværk. Projektet vil også føre mig til næste fase af min videnskabelige karriere. Hertil kommer, at dette programs prestige i høj grad vil øge synligheden af min forskning. 

Lidt om mennesket bag forskeren

Mine hobbyer er rejser, sang, kinesisk kalligrafi.