Nano-sandwich teknik slanker solceller, forbedrer effektiviteten

(Phys.org) - Forskere fra North Carolina State University har fundet en måde at skabe meget slankere tyndfilmsolceller uden at ofre cellernes evne til at absorbere solenergi. At gøre cellerne tyndere burde reducere produktionsomkostningerne for teknologien betydeligt.

"Vi var i stand til at skabe solceller ved hjælp af et 'sandwich-design i nanoskala' med et ultratyndt 'aktivt' lag, " siger Dr. Linyou Cao, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved NC State og medforfatter til et papir, der beskriver forskningen. "For eksempel, vi skabte en solcelle med et aktivt lag af amorft silicium, der kun er 70 nanometer (nm) tykt. Dette er en væsentlig forbedring, fordi typiske tyndfilmssolceller på markedet i øjeblikket, som også bruger amorft silicium, har aktive lag mellem 300 og 500 nm tykke." Det "aktive" lag i tyndfilmssolceller er det materialelag, der faktisk absorberer solenergi til konvertering til elektricitet eller kemisk brændstof.

"Den teknik, vi har udviklet, er meget vigtig, fordi den generelt kan anvendes på mange andre solcellematerialer, såsom cadmiumtellurid, kobber indium gallium selenid, og organiske materialer, " tilføjer Cao.

Den nye teknik er i høj grad afhængig af konventionelle fremstillingsprocesser, men resulterer i et meget anderledes færdigt produkt. Det første trin er at skabe et mønster på underlaget ved hjælp af standard litografiteknikker. Mønsteret skitserer strukturer lavet af gennemsigtige, dielektrisk materiale, der måler mellem 200 og 300 nm. Forskerne belægger derefter substratet og nanostrukturerne med et ekstremt tyndt lag aktivt materiale, såsom amorft silicium. Dette aktive lag belægges derefter med et andet lag af dielektrisk materiale.

Ved at bruge dielektriske nanostrukturer under det aktive lag skabes en tynd film med forhøjede overflader jævnt fordelt langs hele filmen - som kreneleringer på toppen af ​​et middelalderligt slot.

"Et nøgleaspekt ved denne teknik er designet af 'sandwichen i nanoskala', ' med de aktive materialer i midten af ​​to dielektriske lag. Nanostrukturerne fungerer som meget effektive optiske antenner, "Cao siger, "fokusering af solenergien ind i det aktive materiale. Denne fokusering betyder, at vi kan bruge et tyndere aktivt lag uden at ofre ydeevne. I det konventionelle tyndfilmsdesign, at bruge et tyndere aktivt lag ville forringe solcellens effektivitet."