Forskere søger en måde at gøre solceller ultratynde, fleksibel

Forskere ved University of Texas i Dallas udvikler nanoteknologi, der kan føre til en ny platform for solceller, en der kunne drive udviklingen af ​​lettere, fleksibel og mere alsidig solcelledrevet teknologi, end der er tilgængelig i øjeblikket.

National Science Foundation tildelte for nylig en $390, 000 tilskud til Dr. Anton Malko og Dr. Yuri Gartstein, både i Fysisk Institut, og Dr. Yves Chabal i Institut for Materialevidenskab og Teknik for yderligere at udforske deres forskning i gennemførligheden af ​​ultratynde-film fotovoltaiske enheder, som omdanner lys fra solen til elektrisk strøm.

"Traditionelle siliciumsolceller, der er kommercielt tilgængelige, er lavet af silicium, der er et par hundrede mikrometer tykt, " sagde Malko. "Vores mål er at reducere det med hundrede gange, ned til omkring en mikron tyk, samtidig med at effektiviteten bevares."

En mikron, eller mikrometer, er en måleenhed, lig med en milliontedel af en meter. Til sammenligning, diameteren af ​​et menneskehår er omkring 100 mikron, og en amerikansk dime-mønt er omkring 1, 250 mikron tyk.

Mens omfanget af forskningsobjekterne er lille, deres virkning kan være betydelig.

"Solceller, der er 100 mikron tykke, er stive og skrøbelige, " sagde Malko. "På den tykkelse vi undersøger, enheder ville ikke kun være lettere, men de bliver også fleksible. Der er et stort marked og anvendelsesniche for fleksible solceller, såsom på tøj eller rygsække til vandrere, eller i situationer, hvor du har brug for bærbare kilder til at drive elektronik."

UT Dallas tilgang til at bygge solceller involverer brugen af ​​nanostørrelse krystalpartikler kaldet kvanteprikker, som absorberer lys meget bedre end silicium. Den energi, de absorberer, overføres derefter til silicium og omdannes til et elektrisk signal.

Forskerne konstruerer deres eksperimentelle fotovoltaiske strukturer lag for lag, begyndende med et ultratyndt lag silicium, en såkaldt nanomembran omkring en tiendedel af en mikron tyk. Oven i købet, ved hjælp af specielle molekylære "linkere, " lag af nøjagtigt placerede kvanteprikker tilføjes.

"Dette er endnu ikke et ingeniørprojekt, det er et forskningsprojekt, " sagde Gartstein. "Vi mener, at vi stiller interessante videnskabelige spørgsmål og forsker i koncepter, der i sidste ende kan føre til enheder."

De første resultater fra forskningen blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet ACS Nano .

"Nøglepunktet i vores forskning er at karakterisere den måde, energi overføres fra kvanteprikkerne gennem lagene til silicium, samt at bestemme, hvordan vi kan udnytte disse egenskaber og optimere arrangementet af kvanteprikkerne, tykkelsen af ​​lagene og andre aspekter af strukturen, " sagde Malko.

Den tværfaglige forskning involverer ikke kun færdigheder i eksperimentel og teoretisk fysik, som Malko og Gartstein leverer. Materialevidenskab og nanoteknologisk ekspertise er også afgørende. Et nøglemedlem af teamet er Dr. Oliver Seitz, en postdoc forsker i Chabals laboratorium, som udførte den delikate og præcist kontrollerede proces med faktisk at bygge teststrukturerne.

"Dette projekt, udtænkt og initieret af Anton Malko, har været spændende på alle forskningsstadier, " sagde Chabal, indehaver af Texas Instruments Distinguished University Chair in Nanoelectronics. "Det har engageret min gruppe i en spændende applikation, der er afhængig af den kemiske kontrol af overflader, vi har udviklet."

Gartstein tilføjede:"Dette er et af de tilfælde, hvor ordet "synergi" virkelig gælder. Som teoretiker, Jeg kan komme med nogle ideer og lave nogle beregninger, men jeg kan ikke bygge disse ting. I materialevidenskab, Dr. Seitz implementerer faktisk vores fælles ideer til at lave de fysiske prøver. Så i Dr. Malkos laboratorium, ultrahurtig laserspektroskopi bruges til fysisk at måle de relevante processer og egenskaber. Hue Minh Nguyen, en fysik kandidatstuderende, bidraget enormt til denne indsats.

"Det har været en stor fornøjelse at arbejde sammen i denne atmosfære af et ægte samarbejde, " han sagde.