Designoptimering kan hjælpe med at maksimere effektkonverteringseffektiviteten af ​​tyndfilmssiliciumsolceller

Silicium er let tilgængelig, let at behandle, meget stabil og ikke-giftig. Det er også et af de bedste materialer til fremstilling af solceller. Den høje kvalitet og renhed af silicium, der er nødvendig for at fremstille de mest effektive siliciumbaserede solceller, imidlertid, har gjort det vanskeligt at sænke produktionsomkostningerne for denne vedvarende energiteknologi. En tilgang, der kan reducere omkostningerne, er at bruge en mikroskopisk tynd film af silicium med en tekstureret overflade for at forbedre lysabsorptionen. Navab Singh ved A*STAR Institute of Microelectronics og kolleger har nu fremhævet flere nøglefaktorer, der påvirker effektkonverteringseffektiviteten af ​​overfladeteksturerede tyndfilmsolceller og er kommet med et 'nanopillar'-design, der maksimerer lysabsorption og minimerer produktionen omkostninger.

De bedst ydende tynd-film silicium solceller på nuværende tidspunkt har effektivitet, der er omkring halvdelen af ​​konventionelle bulk silicium solceller. "Ved at undersøge en række passende vertikale nanopillar-designs kan vi forbedre lysindfangnings- og -opsamlingseffektiviteten af ​​tynde film for at kompensere for effektivitetstabet forårsaget af reduceret materialekvalitet og -kvantitet, ” siger Singh.

Forskerne undersøgte forskellige faktorer, der kunne påvirke ydeevnen af ​​en tyndfilmsolcelle. Disse faktorer omfatter diameteren og længden af ​​nanopillaren, samt afstanden mellem nanopiller (se billede). Ligeså vigtigt er designet af de positivt og negativt ladede lag i solcellerne, som er nødvendige for at adskille de elektriske bærere, der skabes af det absorberede lys.

Forskernes simuleringer viste, at tykkelsen af ​​det negativt ladede lag på ydersiden af ​​søjlerne skulle være så tynd som muligt for at reducere "parasitisk" absorption - udslettelse af lys-genererede bærere, før de krydser krydset mellem lag, hvor de ville bidrage til elproduktion. De fandt også, at en aksial forbindelseskonstruktion, hvor forbindelsen mellem positive og negative lag er begrænset til toppen af ​​søjlerne, fører til en højere åben kredsløbsspænding sammenlignet med mere konventionelle radiale forbindelsesstrukturer, hvor det negative lag omslutter hele søjler. Alligevel fandt de, at det omvendte var sandt for den åbne kredsløbsstrøm.

Singh og hans medarbejdere viser derfor, at en balance mellem disse faktorer er nødvendig for at optimere design til lys-til-effekt konverteringseffektivitet i overfladeteksturerede tyndfilmstrukturer, hvilket i sidste ende kan føre til tyndfilmssiliciumsolceller, der er i stand til at matche effektiviteten af ​​de dyrere enkeltkrystallinske siliciumsolceller.