Solpaneler lige så billige som maling? Det er muligt på grund af ny forskning

(Phys.org) — De fleste amerikanere ønsker, at USA lægger mere vægt på at udvikle solenergi, de seneste meningsmålinger tyder på. En stor hindring, imidlertid, er produktionsomkostningerne, installere og vedligeholde solpaneler. Kort fortalt, de fleste mennesker og virksomheder har ikke råd til at placere dem på deres tage.

Heldigvis, det ændrer sig, fordi forskere som Qiaoqiang Gan, University at Buffalo assisterende professor i elektroteknik, hjælper med at udvikle en ny generation af solcelleceller, der producerer mere strøm og koster mindre at fremstille, end hvad der er tilgængeligt i dag.

En af de mere lovende indsatser, som Gan arbejder på, involverer brug af plasmonisk-forstærkede organiske fotovoltaiske materialer. Disse enheder matcher ikke traditionelle solceller med hensyn til energiproduktion, men de er billigere og - fordi de er fremstillet (eller forarbejdet) i flydende form - kan de påføres en større variation af overflader.

Gan detaljerede fremskridtene for plasmonisk-forstærkede organiske fotovoltaiske materialer i 7. maj-udgaven af ​​tidsskriftet Avancerede materialer . Medforfattere omfatter Filbert J. Bartoli, professor i elektro- og computerteknik ved Lehigh University, og Zakya Kafafi fra National Science Foundation.

I øjeblikket, solenergi produceres med enten tykke polykrystallinske siliciumskiver eller tyndfilmssolceller, der består af uorganiske materialer såsom amorft silicium eller cadmiumtellurid. Begge er dyre at fremstille, sagde Gan.

Hans forskning involverer tyndfilm solceller, også, men i modsætning til det, der er på markedet, bruger han organiske materialer som polymerer og små molekyler, der er kulstofbaserede og billigere.

"Sammenlignet med deres uorganiske modstykker, organiske solceller kan fremstilles over store områder på stive eller fleksible underlag, der potentielt bliver lige så billige som maling, " sagde Gan.

Henvisningen til maling inkluderer ikke et prispunkt, men snarere ideen om, at solceller en dag kunne påføres overflader lige så nemt som maling på vægge, han sagde.

Der er ulemper ved organiske solcelleceller. De skal være tynde på grund af deres relativt dårlige elektroniske ledende egenskaber. Fordi de er tynde og dermed, uden tilstrækkeligt materiale til at absorbere lys, det begrænser deres optiske absorption og fører til utilstrækkelig effektkonverteringseffektivitet.

Deres effektkonverteringseffektivitet skal være 10 procent eller mere for at kunne konkurrere på markedet, sagde Gan.

For at nå dette benchmark, Gan og andre forskere inkorporerer metalnanopartikler og/eller mønstrede plasmoniske nanostrukturer i organiske fotovoltaiske celler. Plasmoner er elektromagnetiske bølger og frie elektroner, der kan bruges til at oscillere frem og tilbage over grænsefladen mellem metaller og halvledere.

Nylige materialeundersøgelser tyder på, at de lykkes, han sagde. Gan og avisens medforfattere hævder, at på grund af disse gennembrud, der bør være et fornyet fokus på, hvordan nanomaterialer og plasmoniske strategier kan skabe mere effektive og overkommelige tyndfilms organiske solceller.

Gan fortsætter sin forskning ved at samarbejde med flere forskere ved UB, herunder:Alexander N. Cartwright, professor i elektroteknik og biomedicinsk teknik og UB vicepræsident for forskning og økonomisk udvikling; Mark T. Swihart, UB professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab og direktør for universitetets Strategic Strength in Integrated Nanostructured Systems; og Hao Zeng, lektor i fysik.

Gan er medlem af UBs forskningsgruppe for elektroteknisk optik og fotonik, som inkluderer Cartwright, professorerne Edward Furlani og Pao-Lo Liu, og Natalia Litchinitser, lektor.

Gruppen forsker i nanfotonik, biofotonik, hybride uorganiske/organiske materialer og enheder, ikke-lineær og fiberoptik, metamaterialer, nanoplasmonik, optofluidik, mikroelektromekaniske systemer (MEMS), biomedicinske mikroelektromekaniske systemer (BioMEM'er), biosensing og kvanteinformationsbehandling.