Solceller kan gøres tyndere og lettere ved hjælp af aluminiumspartikler

Solceller er en nøgleteknologi i stræben mod renere energiproduktion. Desværre, solteknologien er endnu ikke økonomisk konkurrencedygtig, og omkostningerne til solceller skal ned. En måde at overvinde dette problem på er at reducere mængden af ​​brugt kostbart halvledermateriale, men tyndfilmssolceller har en tendens til at have lavere ydeevne sammenlignet med konventionelle solceller.

Yuriy Akimov og Wee Shing Koh ved A*STAR Institute of High Performance Computing (Singapore) har nu forbedret lyskonverteringseffektiviteten af ​​tyndfilmsolceller ved at afsætte aluminiumspartikler på celleoverfladen.

Metalliske nanopartikler kan lede lys bedre ind i solcellen og forhindre lys i at slippe ud. I konventionelle 'tykfilm' solceller, nanopartiklerne ville have ringe effekt, fordi alt lys absorberes af filmen på grund af dens tykkelse. Til tynde film, imidlertid, nanopartiklerne kan gøre en stor forskel. Deres spredning øger varigheden af ​​lyset forbliver i filmen, bringer den totale absorption af lys op på et niveau, der kan sammenlignes med det for konventionelle solceller. ”Strategien giver os mulighed for at reducere produktionsomkostningerne for solceller flere gange og gør solceller mere konkurrencedygtige i forhold til andre former for elproduktion, ” siger Akimov.

Forskerne modellerede solcellers lysabsorptionseffektivitet for forskellige nanopartikelmaterialer og -størrelser. I særdeleshed, de sammenlignede egenskaberne af sølv versus aluminium nanopartikler. I de fleste undersøgelser om emnet, sølvpartikler har været foretrukket. Disse har optiske resonanser i den synlige del af spektret, der er endnu bedre til at fokusere lyset ind i solcellen. Desværre, der er en afvejning:de optiske resonanser forårsager også absorption af lys af nanopartikler, hvilket betyder, at solcellen er mindre effektiv.

I tilfælde af sølv, denne resonans er lige i den centrale del af solspektret, så lysabsorptionen er betydelig. Men det er ikke tilfældet for nanopartikler af aluminium, hvor disse resonanser er uden for den vigtige del af solspektret. Desuden, aluminiumpartiklerne håndterer oxidation godt, og deres egenskaber ændrer sig lidt med variationer i form og størrelse. Og endnu vigtigere, deres spredningsegenskaber er robuste i sammenligning med sølv nanopartikler. "Vi fandt ud af, at nanopartikler fremstillet af aluminium yder bedre end dem, der er lavet af andre metaller, når det drejer sig om at forbedre lysindfangningen i tyndfilmssolceller, ” siger Akimov. "Vi tror på, at aluminiumspartikler kan hjælpe med at gøre tyndfilmssolceller kommercielt levedygtige."