En i, to ud:Simulering af mere effektive solceller

(Phys.org)—Brug af en eksotisk form for silicium kan forbedre effektiviteten af ​​solceller væsentligt, ifølge computersimuleringer af forskere ved University of California, Davis, og i Ungarn. Værket blev offentliggjort 25. januar i tidsskriftet Fysiske anmeldelsesbreve .

Solceller er baseret på den fotoelektriske effekt:en foton, eller partikel af lys, rammer en siliciumkrystal og genererer en negativt ladet elektron og et positivt ladet hul. Indsamling af disse elektron-hul-par genererer elektrisk strøm.

Konventionelle solceller genererer et elektron-hul-par pr. indkommende foton, og har en teoretisk maksimal effektivitet på 33 procent. En spændende ny vej til forbedret effektivitet er at generere mere end ét elektron-hul-par pr. foton, sagde Giulia Galli, professor i kemi ved UC Davis og medforfatter til papiret.

"Denne tilgang er i stand til at øge den maksimale effektivitet til 42 procent, ud over enhver tilgængelig solcelle i dag, hvilket ville være en ret stor sag, " sagde hovedforfatter Stefan Wippermann, en postdoktor ved UC Davis.

"Faktisk, der er grund til at tro, at hvis parabolske spejle bruges til at fokusere sollyset på en sådan ny-paradigme solcelle, dens effektivitet kan nå så højt som 70 procent, " sagde Wippermann.

Galli sagde, at nanopartikler har en størrelse på nanometer, typisk kun et par atomer på tværs. På grund af deres lille størrelse, mange af deres egenskaber er forskellige fra bulkmaterialer. I særdeleshed, sandsynligheden for at generere mere end et elektron-hul-par er meget øget, drevet af en effekt kaldet "kvanteindeslutning". Eksperimenter for at udforske dette paradigme forfølges af forskere ved Los Alamos National Laboratory, National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colo., samt på UC Davis.

"Men med nanopartikler af konventionelt silicium, paradigmet virker kun i ultraviolet lys, " sagde Wippermann. "Denne nye tilgang vil kun blive nyttig, når den er demonstreret at virke i synligt sollys."

Forskerne simulerede opførselen af ​​en struktur af silicium kaldet silicium BC8, som dannes under højt tryk, men er stabilt ved normale tryk, ligesom diamant er en form for kulstof dannet under højt tryk, men stabilt ved normale tryk.

Computersimuleringerne blev kørt gennem National Energy Research Scientific Supercomputing Center ved Lawrence Berkeley Laboratory, som gav projektet 10 millioner timers supercomputertid.

Simuleringerne viste, at nanopartikler af silicium BC8 faktisk genererer flere elektron-hul-par pr. foton, selv når de udsættes for synligt lys.

"Dette er mere end en akademisk øvelse. En Harvard-MIT-opgave viste, at når normale siliciumsolceller bestråles med laserlys, den energi, laseren udsender, kan skabe et lokalt tryk, der er højt nok til at danne BC8 nanokrystaller. Dermed, laser- eller kemisk trykbehandling af eksisterende solceller kan gøre dem til disse mere effektive celler, " sagde medforfatter Gergely Zimanyi, professor i fysik ved UC Davis.