Singapore-forskere udvikler billigere, men effektive tyndfilmsolceller

Forskere i Singapore har udnyttet avanceret nanostrukturteknologi til at lave en yderst effektiv og alligevel billigere siliciumsolcelle. Med denne udvikling, forskerne håber, at omkostningerne til solenergi kan halveres.

Udviklet i fællesskab af Nanyang Technological University (NTU) og A*STAR Institute of Microelectronics (IME), de nye tyndfilmssiliciumsolceller er designet til at være lavet af billigere, lavkvalitets silicium. Men den er i stand til at generere elektricitetsstrømme tæt på den, der produceres af traditionelle solceller fremstillet af kostbare, højkvalitets silicium.

De nye NTU-A*STAR nanostrukturerede solceller kan producere en strøm på (34,3mA/cm ² ) – en verdensrekord for en siliciumsolcelle af slagsen.

Dette er gjort muligt ved at skabe en unik tekstur ved hjælp af nanostrukturer – som er tusindvis af gange mindre end menneskehår – på overfladen af ​​solcellen.

Den resulterende strømudgang er tæt på traditionelle cellers (40mA/cm). ² ). Konventionelle tyndfilmssolceller producerer normalt omkring halvdelen af ​​den strøm, som traditionelle celler producerer.

Adoptionen af ​​solenergi rundt om i verden hæmmes af de høje omkostninger ved traditionelle solpaneler, delvist på grund af, at det er lavet af højkvalitets krystallinsk bulksilicone.

Brug af lavkvalitets amorf (formløs) silicium tynd film uden tekstur - som er over 100 gange tyndere - løser materialeomkostningsproblemet, men det er ikke så effektivt til at omdanne sollys til elektricitet, dermed producere mindre energi.

Den nyudviklede nanostrukturmetode, som skaber en unik tekstur på overfladen af ​​amorft silicium, forbedrer Power Conversion Efficiency (PCE) af tyndfilmssiliciumcellen og øger dermed energiudgangen.

Lederen af ​​projektet fra IME, Dr Navab Singh, Seniorforsker fra IME's NanoElectronics Program, sagde:"For at afbøde reduceret lysabsorption og bærerekombination i de amorfe silicium tyndfilmceller, vi designet og fremstillede de nye nanostrukturer på siliciumoverfladen. Den eneste anvendelse af IME's overfladetekstureringsstrategi opnåede en rekordhøj kortslutningsstrømtæthed med 5,26 % PCE."

"Celleniveaueffektkonverteringseffektiviteten for bulkkrystallinske Si-solceller er 20 – 25%. I betragtning af at kortslutningsstrømtætheden er direkte proportional med PCE, det er tænkeligt, at efterfølgende bestræbelser på at forbedre fyldfaktor og åben kredsløbsspænding ville øge den endelige PCE af silicium tyndfilm solceller i høj grad til at matche den for bulk Si solceller. Vores fremtidige forskningsindsats vil udforske yderligere lysfangststrategier såsom plasmonics, " fortsatte Dr Singh.

Professor Cheng Tee Hiang, formand for School of Electrical and Electronic Engineering, sagde forbedring af effektiviteten af ​​billige solceller er afgørende for at opmuntre adoption af solenergi rundt om i verden.

"Dagens verden står over for flere udfordringer, som omfatter udtømning af fossile brændstoffer, øgede omkostninger ved sådanne brændstoffer og et voksende CO2-fodaftryk. På NTU, vi er forpligtet til at udvikle den næste generation af solceller, som er billige, effektiv og nem at fremstille, for at gøre det muligt for solenergi at spille en større rolle som en vedvarende ressource."

Bæredygtighed er en af ​​NTU's Five Peaks of Excellence, som universitetet sigter mod at sætte sit præg på globalt under NTU 2015 femårige strategiske plan. De andre fire toppe omfatter fremtidens sundhedsvæsen, nye medier, det bedste fra øst og vest, og innovation.

Professor Dim-Lee Kwong, administrerende direktør for IME, sagde, "Efterspørgslen efter tyndfilmssolceller forventes at fordobles i 2013. IME's forskningsindsats på dette område er kongruent med den verdensomspændende bevægelse mod vedvarende miljøvenlige og omkostningseffektive energiløsninger."