Graphene kvanteprikker kan forbedre effektiviteten af ​​siliciumsolceller

Små flager af grafen kunne udvide det anvendelige spektrale område af lys i siliciumsolceller for at øge deres effektivitet, ny forskning fra King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi Arabien, viser sig.

Solcellematerialer er blevet væsentligt billigere at producere i de senere år, der er behov for yderligere omkostningsbesparelser for at gøre solcelleteknologier kommercielt attraktive. Udbredelsen af ​​silicium i solceller gør dem til et godt mål for effektivitetsforbedring.

"Ved at forbedre effektiviteten af ​​siliciumsolceller, vi kan tilbyde en mere omkostningseffektiv måde til energiproduktion, " sagde Jr-Hau He, KAUST lektor i elektroteknik, som også ledede forskerholdet.

Grafen kvanteprikker er små flager af grafen, der er nyttige på grund af deres interaktion med lys. En af disse interaktioner er optisk nedkonvertering, som er en proces, der omdanner lys fra høje energier til lavere energi (f.eks. fra det ultraviolette til det synlige).

Nedkonvertering kan bruges til at booste solceller. Silicium absorberer lys meget effektivt i den synlige del af spektret, og fremstår derfor sort. Imidlertid, absorptionsstyrken af ​​silicium til ultraviolet lys er meget mindre, hvilket betyder, at mindre af dette lys absorberes, reducere effektiviteten af ​​solceller i den del af spektret. En måde at omgå dette problem på er nedkonvertering af ultraviolet lys til energier, hvor silicium er en mere effektiv absorber.

Grafen kvanteprikker er ideelle kandidater til dette formål. De er nemme at fremstille ved hjælp af let tilgængelige materialer såsom sukker og derefter opvarme dem med mikrobølgestråling. Mens prikkerne er næsten gennemsigtige for synligt lys, hvilket er vigtigt for at lede det lys igennem til solcellen, de er effektive til at omdanne UV-lys til lavere energier.

Forskerne integrerede kvanteprikkerne på en siliciumsolcelleenhed. Solcellernes effektivitet steg i sammenligning med kontrolprøver. For en moden teknologi at vise en klar forbedring af effektiviteten er lovende, fordi det kan fremstilles ved hjælp af en nem fremstillingsproces.

Testprøven af ​​solceller, der er målt indtil videre, er endnu ikke blevet optimeret til at være tættere på de rekordstore præstationer set i silicium. Forskerne planlægger derfor at kombinere nogle andre forbedringsteknologier, der tidligere er opnået på lignende enheder, Han bemærkede.

"Vi har med succes brugt overfladetekniske behandlinger, herunder fremstilling af nanostrukturer og passiveringslag, at forbedre lysindsamlingen og solcellernes elektriske egenskaber. Ved at integrere disse teknikker alle sammen, vi håber, at verdensrekorden i de næste par år kan blive slået på KAUST, " han sagde.