Optiske materialer:Solceller øges

Solen er vores mest lovende kilde til ren og vedvarende energi. Den energi, der når Jorden fra Solen på en time, svarer næsten til den, som mennesker forbrugte over et år. Solceller kan udnytte denne enorme energikilde ved at omdanne lys til en elektrisk strøm. Imidlertid, disse enheder kræver stadig betydelige forbedringer i effektivitet, før de kan konkurrere med mere traditionelle energikilder.

Xiaogang Liu, Alfred Ling Yoong Tok og deres medarbejdere ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, National University of Singapore og Nanyang Technological University, Singapore, har nu udviklet en metode til at bruge nanostrukturer til at øge andelen af ​​det indkommende lys, der absorberes af et lys-høstende materiale. Metoden er ideel til brug med højeffektive solceller.

Solceller absorberer pakker af optisk energi kaldet fotoner og bruger derefter fotonerne til at generere elektroner. Energien af ​​nogle fotoner fra Solen, imidlertid, er for lille til at skabe elektroner på denne måde og går derfor tabt. Liu, Tok og deres medarbejdere omgik dette tab ved hjælp af en effekt kendt som upconversion. I denne proces, to lavenergifotoner kombineres for at producere en enkelt højenergifoton. Denne energiske foton kan derefter absorberes af det aktive område af solcellen.

Forskernes enhed bestod af en titaniumoxidramme fyldt med et regelmæssigt arrangement af luftporer omkring en halv mikrometer på tværs - en struktur kaldet en omvendt opal (se billede). Kugler af opkonverteringsmaterialet, som var 30 nanometer i diameter, sad på overfladen af ​​disse porer. Små lysfølsomme kvanteprikker lavet af krystaller af cadmiumselenid coated disse nanosfærer.

Kvanteprikkerne absorberede effektivt indkommende lys, enten direkte fra en ekstern kilde eller fra ukonverterede fotoner fra nanosfærerne, og omdannede det til elektroner. Denne ladning flød derefter ind i titaniumoxidrammen. "Den omvendte opal af titaniumoxid skaber en kontinuerlig elektronledende vej og giver et stort grænsefladeareal til at understøtte opkonverteringsnanopartiklerne og kvanteprikkerne, " forklarer Liu.

Liu, Tok og holdet testede enheden ved at affyre laserlys mod den med en bølgelængde på 980 nanometer, som normalt ikke absorberes af cadmiumselenid-kvanteprikker. Som forventet, de var i stand til at måle en meget højere elektrisk strøm end det samme eksperiment udført med en enhed uden opkonvertering af nanosfærer. "Vi mener, at den forbedrede energioverførsel og lysindsamling kan give en yderst konkurrencefordel i forhold til konventionelle siliciumsolceller, " siger Liu.