3-D nanocone solcelleteknologi øger effektiviteten

(PhysOrg.com) -- Med skabelsen af ​​en 3-D nanokeglebaseret solcelleplatform, et hold ledet af Oak Ridge National Laboratorys Jun Xu har øget lys-til-strøm konverteringseffektiviteten af ​​solcelleanlæg med næsten 80 procent.

Teknologien overvinder væsentligt problemet med dårlig transport af ladninger genereret af solfotoner. Disse ladninger - negative elektroner og positive huller - bliver typisk fanget af defekter i bulkmaterialer og deres grænseflader og forringer ydeevnen.

"For at løse de indfangningsproblemer, der reducerer solcelleeffektiviteten, vi skabte en nanokeglebaseret solcelle, opfundet metoder til at syntetisere disse celler og demonstreret forbedret ladningsopsamlingseffektivitet, " sagde Xu, medlem af ORNL's Chemical Sciences Division.

Den nye solstruktur består af n-type nanokegler omgivet af en p-type halvleder. N-type nanonkeglerne er lavet af zinkoxid og tjener som forbindelsesrammen og elektronlederen. P-type matrixen er lavet af polykrystallinsk cadmiumtellurid og tjener som det primære fotonabsorberende medium og hulleder.

Med denne tilgang i laboratorieskala, Xu og kolleger var i stand til at opnå en lys-til-effekt konverteringseffektivitet på 3,2 procent sammenlignet med 1,8 procent effektivitet af konventionel plan struktur af de samme materialer.

"Vi designede den tredimensionelle struktur for at give en iboende elektrisk feltfordeling, der fremmer effektiv ladningstransport og høj effektivitet ved omdannelse af energi fra sollys til elektricitet, " sagde Xu.

Nøgletræk ved solmaterialet inkluderer dets unikke elektriske feltfordeling, der opnår effektiv ladningstransport; syntese af nanokegler ved hjælp af billige proprietære metoder; og minimering af defekter og hulrum i halvledere. Sidstnævnte giver forbedrede elektriske og optiske egenskaber til konvertering af solfotoner til elektricitet.

På grund af effektiv ladningstransport, den nye solcelle kan tåle defekte materialer og reducere omkostningerne ved fremstilling af næste generations solceller.

"Det vigtige koncept bag vores opfindelse er, at nanokegleformen genererer et højt elektrisk felt i nærheden af ​​spidskrydset, effektivt adskille, indsprøjtning og indsamling af minoritetsbærere, hvilket resulterer i en højere effektivitet end en konventionel plan celle lavet af de samme materialer, " sagde Xu.

Forskning, der danner grundlaget for denne teknologi, blev accepteret af dette års Institute of Electrical and Electronics Engineers fotovoltaiske specialistkonference og vil blive offentliggjort i IEEE-procedurer. Artiklerne har titlerne "Efficient Charge Transport in Nanocone Tip-Film Solar Cells" og "Nanojunction solceller baseret på polykrystallinske CdTe-film dyrket på ZnO nanokoner."