Silicium nanohole solceller har til formål at gøre solceller omkostningskonkurrencedygtige

(PhysOrg.com) -- På grund af den stigende efterspørgsel efter vedvarende energikilder, fotovoltaiske solceller har udviklet sig betydeligt i løbet af det seneste årti. Siden 2002 har solcelleproduktion på verdensplan er blevet fordoblet hvert andet år, gør det til verdens hurtigst voksende energiteknologi. Imidlertid, solcelleanlæggets samlede energikonverteringseffektivitet er stadig for lav til at være omkostningskonkurrencedygtig med fossile brændstoffer, og det har derfor ikke været udbredt i stor udstrækning.

I et forsøg på at ændre dette, forskere har for nylig udviklet en ny siliciumsolcelle, der har en unik geometri af nanohuller med diametre på omkring 500-600 nanometer. Ved at opnå en effektkonverteringseffektivitet på 9,5 %, det nye design har en overlegen ydeevne sammenlignet med sine silicium-modstykker, solceller, der indeholder nanotråde, nanorør, og andre optisk aktive nanostrukturer. Det bedste af disse designs har en effektivitet på lidt mere end 5%.

Forskerne bag det nye studie, Kui-Qing Peng fra Beijing Normal University, Shuit-Tong Lee fra City University of Hong Kong, og deres kolleger, har offentliggjort deres resultater i et nyligt nummer af Journal of the American Chemical Society . I deres eksperimenter, forskerne brugte en kombination af dyb ultraviolet litografi og metalkatalyseret strømløs ætsning af silicium til at fremstille nanohullerne på siliciumwafers.

Som forskerne forklarer, nøglen til den forbedrede ydeevne af nanohole-solcellen er, at nanohole-arrays har bedre absorption end nanotråde. Især, de vertikalt konfigurerede radiale p-n-forbindelser gør det muligt for den elektriske strøm kun at rejse korte afstande mellem krydsene for effektiv strømafgang. Ud over, nanohole-solcellen har vist sig at have overlegen mekanisk robusthed sammenlignet med de skrøbelige strukturer af solceller, der har fritstående nanotråds-p-n-kryds. I fortiden, dette skrøbelighedsproblem har forårsaget alvorlige tilbageslag for fremstilling af fotovoltaiske applikationer.

"Solcellerne med nanohulgeometri har en robust struktur sammenlignet med skrøbelig fritstående nanotrådsgeometri, en bedre evne til at fange sollys end nanowire-arrays, og radiale p-n-kryds, der giver mulighed for forbedret transportøropsamling, ” opsummerede Lee til PhysOrg.com .

Samlet set, resultaterne viser, at nanohulgeometrien har potentialet til energieffektiv og omkostningseffektiv fotovoltaisk solenergikonvertering. Forskerne planlægger at forbedre ydeevnen yderligere på flere måder, ved at forbedre koblingen af ​​lys ind i enheden, anvender overfladepassivering for at minimere overfladerekombination, og inkorporerer bedre elektriske kontakter.

"Høj optisk absorption plus bedre bærerindsamlingseffektivitet i nanohulgeometrisolceller kan fremstilles med færre siliciummaterialer og silicium af lavere kvalitet, " sagde Lee. "Disse fordele ville føre til effektive og billigere solceller, tilbyder potentielt konkurrencedygtig ydeevne med traditionelle silicium-wafer-celler, samt omkostningskonkurrenceevne med fossile brændstoffer i fremtiden."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.