Forskere udforsker brugen af ​​nye materialer til at skabe mere effektive solceller

Et team af forskere fra Florida State University er banebrydende med innovative måder for solceller til at absorbere og bruge infrarødt lys, en del af solspektret, der typisk er utilgængeligt til solcelleteknologi.

Deres arbejde er offentliggjort i to nye undersøgelser offentliggjort i tidsskriftet Stof og Journal of Physical Chemistry Letters .

"Vi arbejder på en proces for at optimere effektiviteten af ​​solceller, " sagde adjunkt i kemi og biokemi Lea Nienhaus. "Den vigtigste drivkraft er at optimere denne proces til solenergiapplikationer."

Nienhaus og postdoc-forsker Sarah Wieghold skabte en ny tilgang til solceller for at lette en proces kaldet foton-opkonvertering. I foton opkonvertering, to lavenergifotoner omdannes til én højenergifoton, der udsender synligt lys.

Typisk, disse enheder har brugt metalorganiske molekyler eller halvledernanokrystaller til at sensibilisere fotonopkonvertering, men Nienhaus og Wieghold brugte en tynd film af bly-halogenid perovskiter, et lovende solcellemateriale. Perovskitten er koblet med et kulbrinte kaldet rubren, som udsender det opkonverterede lys.

Tanken bag denne proces er at skabe mere effektive solceller, der kan detektere og udnytte infrarødt lys. Bølgelængder i det infrarøde spektrum har ikke tilstrækkelig energi til at excitere elektronerne i en typisk solcelle og er derfor ikke en levedygtig energikilde.

"Det betyder, at der er en stor mængde af solspektret, som ikke kan absorberes af en solcelle, " sagde Nienhaus. "Vi ønsker at gøre infrarødt lys til en bølgelængde, der kan ses og bruges af en solcelle."

For at forbedre enhedens effektivitet, forskerne skulle lave en perovskitfilm, der havde den helt rigtige tykkelse. De testede film, der var 20, 30, 100 og 380 nanometer tyk. Når tykkelsen var over 30 nanometer, opkonverteringsprocessen blev effektiv under solforhold.

"For at optimere enhedens ydeevne, vi ændrede tykkelsen på vores absorber - bly-halogenid perovskitfilmen, " hun sagde.

Mens Nienhaus og Wieghold kørte testene, de opdagede også, at enhederne opførte sig på en usædvanlig måde.

Selvom enheden forvandlede det infrarøde lys til synligt lys, perovskitten reabsorberede også noget af det synlige lys, der blev skabt i opkonverteringsprocessen.

"Der er en afvejning ved at bruge perovskite-filmen, " sagde Wieghold. "Mere synligt lys skabt i rubrene betyder ikke, at der kommer mere lys ud af enheden, hvilket er kontraintuitivt."

Som resultat, mere detaljeret enhedsteknik er påkrævet for at optimere forholdet mellem infrarødt lys i, i forhold til synligt lys ud af enheden, sagde forskere.