Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Mod mere effektive solceller

Potentiel brug af et lag silicium -nanokrystaller (store kugler) og erbiumioner (små kugler) som en 'spektral formgiver' til fotovoltaiske applikationer. Dette lag konverterer UV-energier med høj energi til infrarøde fotoner. Disse lavere energifotoner absorberes af en underliggende solcelle. Kredit:Fundamental Research on Matter (FOM)

Et lag silicium -nanokrystaller og erbiumioner kan hjælpe solceller med at udvinde mere energi fra ultraviolet (UV, høj energi) en del af solspektret. Eksperimentelle fysikere fra FOM Foundation, STW Technology Foundation og University of Amsterdam offentliggjorde denne nyhed i Naturkommunikation den 13. august 2014. Når konventionelle siliciumbaserede solceller absorberer UV-lys, meget af dens energi går tabt i form af varme. Forskerne viste, at denne overskydende energi kan bruges til at ophidse flere erbiumioner. Dette får ionerne til at udsende lys, som derefter kan omdannes til elektricitet.

Konventionelle solceller kan kun omdanne en lille del af solspektret til elektricitet effektivt. Lysenergipartikler (fotoner) absorberes ikke, da de ikke har nok energi til at bygge bro over båndgabet i det materiale, hvorfra solceller er fremstillet. Derimod, højenergifotoner kan absorberes, men på få picosekunder (10 -12 sekunder) meget af deres energi omdannes til varme. Dette begrænser maksimal effektivitet til kun 30 procent.

Hurtig og effektiv

Saba Saeed og hendes kolleger har nu vist, at konverteringseffektiviteten potentielt kan øges ved bedre at udnytte energien i disse højenergifotoner. Dette kan opnås med et lag bestående af siliciumdioxid, silicium nanokrystaller (partikler med en størrelse på en milliarddel af en meter) og erbiumioner. Silicium -nanokrystaller overfører sin overskydende energi til erbiumionerne, før det går tabt som varme. Dette fører til emission af flere lavenergi-infrarøde fotoner pr. Absorberet foton, som kan producere ekstra elektricitet. Sammenlignet med sollys koncentratorer, som nogle gange også gør brug af sjældne jordartsmetaller såsom erbium, denne teknik har udsigt til en højere effektivitet.

Spektral form

Selvom processen er blevet demonstreret eksperimentelt, det er endnu ikke blevet brugt i en fotovoltaisk arkitektur (en solcelle). I fremtiden, et lag af silicium -nanokrystaller og erbiumioner kunne placeres oven på solceller som en 'spektral formgiver', at forbedre deres effektivitet. 'Spektralformerne' ville omdanne UV-fotoner med høj energi til flere lavenergifotoner, som derefter kan bruges til at generere elektricitet i en solcelle.

Opfølgningsundersøgelsen vil fokusere på yderligere forfining af konverteringslagene ved at tilpasse størrelsen og afstanden mellem silicium-nanokrystaller, koncentrationen og typen af ​​sjældne jordarter og ved at optimere lagtykkelsen. Det vil også blive undersøgt, om en sådan 'spektral formning' kan integreres i det antireflekterende belægningslag, der dækker hver solcelle.