Små 3D-strukturer forbedrer solcelleeffektiviteten

En ny metode til at konstruere specielle solceller kan øge deres effektivitet markant. Ikke alene består cellerne af tynde lag, de består også af specifikt arrangerede nanoblokke. Det viser en ny undersøgelse foretaget af et internationalt forskerhold ledet af Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), som blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nano bogstaver .

Kommercielt tilgængelige solceller er for det meste lavet af silicium. "Baseret på siliciums egenskaber er det ikke muligt at sige, at deres effektivitet kan øges i det uendelige, " siger Dr. Akash Bhatnagar, en fysiker fra Center for Innovationskompetence (ZIK) "SiLi-nano" på MLU. Hans forskerhold studerer derfor den såkaldte anomale fotovoltaiske effekt, som opstår i visse materialer. Den unormale fotovoltaiske effekt kræver ikke et p-n-kryds, som ellers muliggør strømmen i siliciumsolceller. Strømretningen bestemmes på atomniveau af den asymmetriske krystalstruktur af de tilsvarende materialer. Disse materialer er normalt oxider, som har nogle afgørende fordele:de er nemmere at fremstille og væsentligt mere holdbare. Imidlertid, de absorberer ofte ikke meget sollys og har en meget høj elektrisk modstand. "For at bruge disse materialer og deres virkning, der er brug for kreative cellearkitekturer, der forstærker fordelene og kompenserer for ulemperne, " forklarer Lutz Mühlenbein, hovedforfatter af undersøgelsen.

I deres nye undersøgelse, fysikerne introducerede en ny cellearkitektur, en såkaldt nanokomposit. De blev støttet af hold fra Bergakademie Freiberg, Leibniz Institute of Surface Modification i Leipzig og Banaras Hindu University i Indien. I deres eksperiment, forskerne stablede enkelte lag af et typisk materiale på kun få nanometer i tykkelse oven på hinanden og forskydede dem med nikkeloxidstrimler, der løb vinkelret. "Stripsene fungerer som en hurtig bane for de elektroner, der genereres, når sollys omdannes til elektricitet, og som er beregnet til at nå elektroden i solcellen, Bhatnagar forklarer. Det er netop den transport, der ellers ville blive hæmmet af, at elektronerne skulle krydse hvert enkelt vandret lag.

Den nye arkitektur øgede faktisk cellens elektriske output med en faktor på fem. En anden fordel ved den nye metode er, at den er meget nem at implementere. "Materialet danner denne ønskede struktur af sig selv. Ingen ekstreme ydre forhold er nødvendige for at tvinge det ind i denne tilstand, " siger Mühlenbein. Ideen, som forskerne nu har leveret en indledende forundersøgelse til, kan også anvendes på andre materialer end nikkeloxid. Opfølgende undersøgelser skal nu undersøge, om og hvordan sådanne solceller kan produceres i industriel skala.