Silicium mikrotragte øger effektiviteten af ​​solceller

Fovea centralis, eller fovea for kort, sidder i midten af ​​macula lutea (eller macula) i nethinden, hvor den slanke, tragtlignende øjenkegler er særligt tæt pakket sammen. Vi ser et billede med størst skarphed i dette lille område, fordi hver kegle der er forbundet med en nervecelle.

Dette tætpakkede arrangement af kegler har nu inspireret teamet ledet af prof. Silke Christiansen til at kopiere noget lignende i silicium som overflade til solceller og undersøge dets egnethed til at opsamle og lede lys. Christiansen leder Institute for Nanoarchitectures for Energy Conversion ved Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) og et forskerhold ved Max Planck Institute for the Science of Light (MPL).

"Vi har vist i dette arbejde, at lystragtene absorberer betydeligt mere lys end andre optiske arkitekturer, der er testet i det sidste stykke tid", siger Sebastian Schmitt, en af ​​de to første forfattere til publikationen, der er udkommet i det anerkendte tidsskrift Nature Videnskabelige rapporter .

Lille forandring - stor effekt!

Forskerne var overraskede over, hvor stor effekten af ​​denne arkitektur var, imidlertid. Det var kendt fra tidligere undersøgelser, at arrangementer af meget tynde lodrette cylindre (et "tæppe" af silicium nanotråde) absorberer lys godt. Men selv små afvigelser i formen på cylindrene helt ned til formen af ​​en tragt øgede absorptionen. I sammenligning med tæppet af nanotråde, der er blevet undersøgt i nogen tid, tragtfelterne klarer sig klart bedre.

Alligevel kræver fremstilling af de lette tragte ingen særlig indsats og er gennemførlig med konventionelle halvlederprocesser såsom reaktiv ionætsning eller vådkemisk ætsning, for eksempel. Sammenlignet med en siliciumfilm af samme tykkelse, et lag af lystragtene øger absorptionen af ​​sollys omkring 65%.

"Vores modellering gjorde det muligt for os også at give en forklaring på, hvorfor arrays af lystragte fanger lys betydeligt bedre end et tæppe af nanotråde (som vist i vores beregninger i denne publikation). Optiske tilstande i nanotråde interfererer gensidigt med hinanden. Et felt med tætte arrayerede nanotråde optager derfor lys mindre effektivt, end et identisk antal enkelte nanotråde kunne. Lige det modsatte sker med lystragtene:umiddelbart tilstødende lystragte styrker gensidigt hinandens absorption", forklarer Schmitt

Et kig ind i fremtiden

"Efter dette interessante indledende resultat, vi presser os fremad i forskellige retninger", siger Christiansen. Hun og hendes team arbejder yderligere på at forbedre tyndfilmssolceller baseret på silicium og ønsker at bygge tragtene til robuste celledesigns, der økonomisk kan realiseres over store overflader. De vil være i stand til at få adgang til ekspertise på Competence Center Thin-Film- and Nanotechnology for Photovoltaics Berlin (PVcomB) i HZB, hvor afdelingen ledet af prof. Rutger Schlatmann har specialiseret sig i at opskalere mønstre udviklet i laboratoriet og hurtigt og effektivt kan implementere forundersøgelser for store solceller. "Vi håber, du snart vil høre fra vores samarbejde igen om en 30 cm x 30 cm tragtsolcelle. Sebastian Schmitt arbejder også på at bruge tragtene til andre fotoniske applikationer i LED'er og sensorkomponenter, selvom. De første pilotundersøgelser er så lovende, at vi er overbeviste om, at disse ansøgninger ikke behøver at forblive drømmenes stof", Christiansen tilbyder.