Brug af solid-state materialer med guld nanoantenner for mere holdbare solceller

Forskere fra Hokkaido University tester udviklingen af ​​solceller lavet af faste materialer for at forbedre deres evne til at fungere under barske miljøforhold.

Forskere ved Hokkaido Universitet i Japan er ved at skabe spillerum i fremstillingen af ​​solceller i fast tilstand, der er meget holdbare og effektivt kan omdanne sollys til energi. Holdet anvendte en metode kaldet "atomlagsaflejring", som gør det muligt for videnskabsmænd at kontrollere aflejringen af ​​meget tynde, ensartede lag af materialer oven på hinanden. Ved at bruge denne metode, de afsatte en tynd film af nikkeloxid på en enkelt krystal af titaniumdioxid. Guld nanopartikler blev indført mellem de to lag for at fungere som en antenne, der høster synligt lys.

Holdet testede egenskaberne af disse fremstillede enheder med og uden et mellemtrin efter aflejringen af ​​nikkeloxid, der involverer opvarmning af det til meget høje temperaturer og derefter lade det langsomt afkøle - en proces kaldet "udglødning".

Fotostrømgenerering blev med succes observeret på den fotoelektriske konverteringsenhed i fast tilstand. Enheden viste sig at være meget holdbar og stabil, fordi i modsætning til nogle solceller, det indeholder ikke organiske komponenter, som har en tendens til at nedbrydes over tid og under barske forhold.

Forskerne fandt også ud af, at udglødning påvirkede enhedens egenskaber ved at ændre lagenes grænsefladestruktur. For eksempel, det øgede den tilgængelige spænding fra enheden, men øgede også modstanden i den. Det reducerede også enhedens effektivitet til at konvertere lys til elektricitet. Resultaterne tyder på, at de strukturelle ændringer forårsaget af annealing forhindrer laget af guldnanopartikler i at injicere elektroner i titaniumdioxidlaget.

Teamets fremstillingsproces er billig og kan let skaleres op, men den resulterende enheds egenskaber er stadig utilstrækkelige til praktisk brug, og dens effektivitet ved at konvertere lys til energi skal forbedres. Yderligere forskning er nødvendig for at forstå hvert lags roller i at lede energi for at forbedre enhedens effektivitet.