Forskere får nøgleindsigt i solcellers høje effektivitet

Rækkerne med blå solpaneler, der prikker landskaber og hustage, er typisk lavet af krystallinsk silicium, arbejdshestens halvleder, der findes i stort set alle elektroniske enheder.

I løbet af det sidste årti, Colorado State University-forskere har ledet banebrydende undersøgelser i at forbedre ydeevnen og omkostningerne ved solenergi ved at fremstille og teste nye materialer, der rækker ud over siliciums muligheder. De har fokuseret på et materiale, der viser løfte om at erstatte silicium, kaldet cadmiumtellurid.

I samarbejde med partnere ved Loughborough University i Storbritannien, forskere ved CSU's National Science Foundation-understøttede Next Generation Photovoltaics Center har rapporteret et vigtigt gennembrud i, hvordan ydeevnen af ​​cadmiumtellurid tyndfilm solceller forbedres endnu mere ved tilføjelse af et andet materiale, selen. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Naturenergi tidligere på måneden og er genstand for en artikel "Nyheder og visninger".

"Vores papir går lige til den grundlæggende forståelse af, hvad der sker, når vi legerer selen til cadmiumtellurid, sagde Kurt Barth, en direktør for Next Generation Photovoltaics Center og en lektor ved Institut for Maskinteknik.

Indtil nu, det var ikke godt forstået, hvorfor tilsætningen af ​​selen har sat rekord i cadmiumtellurid-solcelleeffektiviteten - forholdet mellem energiudgang og lysinput - på lidt over 22 procent. Sammen med CSU-samarbejdspartnerne W.S. Sampath og Amit Munshi, Det mysterium har Barth og et internationalt hold løst. Deres eksperimenter afslørede, at selen overvinder virkningerne af atomare defekter i cadmiumtelluridkrystaller, give en ny vej til mere udbredt, billigere solgenereret elektricitet.

De tynde film cadmiumtellurid, som CSU -teamet laver i laboratoriet, bruger 100 gange mindre materiale end konventionelle silicium solpaneler. De er således nemmere at fremstille, og de absorberer sollys ved næsten den ideelle bølgelængde. Elektricitet produceret af cadmiumtellurid fotovoltaiske celler er den laveste pris, der er tilgængelig i solcelleindustrien, underbyder fossile brændstoffer-baserede kilder i mange regioner i verden.

Ifølge avisen, elektroner, der genereres, når sollys rammer det selenbehandlede solpanel, er mindre tilbøjelige til at blive fanget og tabt ved materialets defekter, placeret ved grænserne mellem krystalkorn, når de vokser. Dette øger mængden af ​​strøm, der udvindes fra hver solcelle. Arbejde med materialer fremstillet på CSU via avancerede deponeringsmetoder, holdet opdagede denne uventede adfærd ved at måle, hvor meget lys der udsendes fra selenholdige paneler.

Da selen ikke er jævnt fordelt over panelerne, de sammenlignede luminescens udsendt fra områder, hvor der var lidt til ingen selen til stede, og områder, hvor selen var meget koncentreret.

"Godt solcellemateriale, der er fejlfrit, er meget effektivt til at udsende lys, og så lyser kraftigt, " sagde Tom Fiducia, avisens hovedforfatter og en ph.d. studerende ved University of Loughborough, arbejder sammen med professor Michael Walls. "Det er slående indlysende, når du ser dataene, at selenrige regioner lyser meget klarere op end det rene cadmiumtellurid, og effekten er bemærkelsesværdig stærk. "