Ny tilgang til solceller

Et tværfagligt team af UC Davis og UC Santa Cruz forskere tager en ny tilgang til solenergi, en, der lover at føre til et teknologisk gennembrud. Ved at bruge nanopartikler af germanium, silicium og andre materialer, forskerne håber at kunne producere solceller langt mere effektive end den nuværende teknologi.

Projektet blev for nylig tildelt 1,5 millioner dollars over tre år fra National Science Foundation.

Konventionelle solceller fungerer alle efter det samme princip om "en foton i, en elektron ud, " sagde Gergely Zimanyi, professor i fysik ved UC Davis og hovedefterforsker på NSF-bevillingen. Med andre ord, en partikel af lys, eller foton, rammer solcellen og genererer en elektron til at producere en elektrisk strøm.

Effektiviteten - energi ud sammenlignet med energi ind - af en solcelle, der fungerer efter dette princip, er begrænset til et teoretisk maksimum på 31 procent. Men ved at konstruere solceller fra ekstremt små nanopartikler, UC-forskerne sigter mod at generere flere elektroner for hver foton, hæve den maksimale effektivitet til mellem 42 og 65 procent.

One-photon-in/multiple-electrons-out paradigmet er blevet demonstreret på Los Alamos National Laboratory, Zimanyi sagde - men Los Alamos-gruppen byggede ikke en fungerende solcelle baseret på dette paradigme. UC Davis/UC Santa Cruz-teamet omfatter forskere med erfaring i fremstilling af solceller fra nanopartikler, giver håb om, at gruppen vil være i stand til at konstruere en fuldt fungerende og veloptimeret solcelle af germanium og silicium nanopartikler, han sagde.

Holdmedlemmerne er:Zimanyi; UC Davis kemiprofessorer Susan Kauzlarich og Delmar Larsen; Professor Giulia Galli, som har en fælles ansættelse i fysik og kemi; Professor Zhaojun Bai, Institut for Matematik og Datalogi; Debashis Paul, professor ved Institut for Statistik; og Susan Carter, professor i fysik ved UC Santa Cruz.

Teamets tværfaglige karakter var afgørende for at få forslaget finansieret, sagde Zimanyi. "NSF bad om et samarbejde mellem materialevidenskab, kemi og matematiske videnskaber, " han sagde.

Zimanyi, Galli og Bai vil udføre teoretiske og computermodelleringsstudier, med Paul, der leverer statistisk ekspertise; Kauzlarichs laboratorium vil syntetisere de nye nanopartikler, Larsens gruppe vil karakterisere dem, og Carters laboratorium på UCSC vil udvikle en fungerende enhed. En prototypecelle er allerede blevet konstrueret før bevillingen og udviste en effektivitet på omkring 8 procent, hvilket Zimanyi beskrev som et meget opmuntrende resultat i betragtning af de begrænsede ressourcer, der går til konstruktionen.

Holdet vil samarbejde med California Solar Energy Collaborative, som er baseret på UC Davis og ledes af Pieter Stroeve, professor i kemiteknik og materialevidenskab. Teamet planlægger også en opsøgende indsats, primært via sin offentlige hjemmeside:www.solarwiki.ucdavis.edu/.