Mindre kan være mere:Halvleder -nanotråde til fleksibel fotovoltaik

Optagelse og manipulation af lys i nanoskala er en nøglefaktor for at bygge højeffektive solceller. Forskere i 3-D Photovoltaics-gruppen har for nylig præsenteret et lovende nyt design. Deres simuleringer viser, at lodret stablede nanotråde oven på ultratynde siliciumfilm reducerer den samlede mængde materiale, der er behov for med 90 procent, samtidig med at solcellens effektivitet øges. Disse lovende simuleringsresultater er et vigtigt skridt mod næste generations solceller. Resultaterne er blevet offentliggjort den 23. maj i Optik Express .

En strategi til at reducere omkostninger og stivhed ved fotovoltaik er at kombinere ultratynde fotovoltaiske film af silicium med halvleder nanotråd solceller. Den mekaniske fleksibilitet og modstandsdygtighed af tynde mikrometer gør dem velegnede til påføring på buede overflader.

Ideen er at optisk koble de to materialer stablet oven på hinanden som en tandemcelle:et galliumarsenid (GaAs) nanotråd array oven på en ultratynd silicium (2um-tyk) film. GaAs lodrette nanotråde er velkendte halvlederkomponenter i fotovoltaiske applikationer. Tidligere eksperimentel forskning i 3-D fotovoltaikgruppen viste, at sådanne nanotråde er i stand til at absorbere lys 10 til 100 gange deres geometriske tværsnit. Silicium, det andet materiale i tandemcellen, er en yderst ønskelig komponent takket være den modne forståelse af dets optiske og elektroniske egenskaber samt dets bredt tilgængelige fremstillingsteknologier. Den udfordring, forskerne typisk støder på, når de forsøger at nedskalere silicium til et par mikrometer i tykkelse, er, at det kompromitterer solcellens ydeevne på grund af dårlig absorption af infrarødt lys. Derfor er lysstyringsstrategier nødvendige for at kompensere. Forskergruppen besluttede at tilføje lodret stående nanotråde oven på siliciumfilm og derved gøre det op til fire gange mere effektivt til at fange infrarødt lys i siliciumbundcellen.