Ny solcelleteknologi fanger højenergifotoner mere effektivt

(Phys.org) - At få blues er sjældent en ønskelig oplevelse - medmindre du er en solcelle, det er.

Forskere ved US Department of Energy's Argonne National Laboratory og University of Texas i Austin har sammen udviklet en ny, billigt materiale, der har potentiale til at fange og konvertere solenergi - især fra den blå del af spektret - meget mere effektivt end nogensinde før.

De fleste enkle solceller håndterer disse blålige nuancer i det elektromagnetiske spektrum ineffektivt. Det skyldes, at blå fotoner - indkommende lyspartikler, der rammer solcellen - faktisk har overskydende energi, som en konventionel solcelle ikke kan fange.

"Fotoner af forskellige energier sparker elektroner op i forskellige mængder, "sagde University of Texas professor Brian Korgel." Nogle fotoner kommer ind med mere energi, end cellen er optimeret til at håndtere, og så går meget af den energi tabt som varme. "

På grund af denne begrænsning, forskere havde oprindeligt troet, at simple solceller aldrig ville være i stand til at konvertere mere end omkring 34 procent af indgående solstråling til elektricitet. Imidlertid, for cirka et årti siden, forskere så potentialet for en enkelt højenergifoton til at stimulere flere "excitoner" (par af en elektron og en positivt ladet partner kaldet et "hul") i stedet for kun en. "Dette var en meget spændende opdagelse, men vi var stadig skeptiske over for, at vi kunne få elektronerne ud af materialet, "Sagde Korgel.

I deres undersøgelse, Korgel og hans team brugte specialiseret spektroskopisk udstyr på Argonnes Center for Nanoskala materialer til at se på multiexciton -generation i kobberindium selenid, et materiale, der er nært knyttet til en anden mere almindeligt produceret tynd film, der holder rekorden for den mest effektive tyndfilm halvleder. "Dette er en af ​​de første undersøgelser foretaget af flere exciton -generationer i et så velkendt og billigt materiale, "sagde argonne nanoforsker Richard Schaller.

"Argonnes spektroskopiske teknikker spillede en kritisk rolle i detekteringen af ​​multiexcitoner, "Sagde Korgel." Den slags målinger kan ikke foretages mange steder. "

For at deponere tynde film af det nanokrystallinske materiale, forskerne brugte en proces kendt som "fotonisk hærdning, "hvilket indebærer, at et sekund opvarmes og køles ned af det øverste lag af materialet. Denne hærdningsproces forhindrer ikke kun smeltning af glasset, der indeholder nanokrystaller, men fordamper også organiske molekyler, der hæmmer ekstraktion af flere excitoner.

Selvom undersøgelsen hovedsagelig viser, at effektivitetsforøgelsen ved ekstraktion med flere exciton er mulig i masseproducerbare materialer, den største hindring vil være at inkorporere disse materialer i faktiske virkelige enheder.

"Den hellige gral af vores forskning er ikke nødvendigvis at øge effektiviteten så højt, som de teoretisk set kan gå, men snarere at kombinere effektivitetsforøgelser til den form for stor-rull-til-rulle-tryk- eller behandlingsteknologi, der hjælper os med at reducere omkostningerne, "Sagde Korgel.