Ett enkelt och snabbt mikrovågsexperiment med det vanliga kemiska grundämnet fosfor vid Flinders University har öppnat möjligheten till mer prisvärda och effektiva supertunna solceller.

I en värld som behöver billigare, hållbara energilösningar, Flinders Universitys nanoteknikforskare gjorde flingor av fosforen endast några få atomer tjocka. Fosforen är en 2D-form av fosfor, vilket inte bara kan öka energikapaciteten hos populära färgsensibiliserade solceller (DSSC) utan potentiellt ta bort behovet av den dyra komponenten platina.

Ark och flingor av denna fålagers fosfor, bara några miljarddels meter tjock, skulle kunna förbättra effektiviteten hos vissa typer av solcellsceller, forskargruppen ledd av professor Joseph Shapter hävdar.

Solceller baserade på kolnanorör och kisel är lovande som ett billigare och lättare att tillverka alternativ till kristallina kiselceller. Men en utmaning med dessa nya solceller är att öka effektiviteten som de omvandlar solljus till elektricitet.

Ett tillvägagångssätt är att inkludera ett lager av ultratunna nanoflingor av fosfor i solcellen som har alla de rätta egenskaperna för att göra den lämplig för att öka solcellseffektiviteten. Mikrovågsmetoden för att producera fosforen, utvecklad vid Flinders University, går ut på att sänka ner fosfor i en speciell vätska och utsätta den för mikrovågor i endast 10 minuter i motsats till tidigare protokoll som tog 15 timmar.

Resultaten av mikrovågsexperimenten för att producera fosforen – och dess potentiella tillämpning i solenergiindustrin – har publicerats i ledande internationella kemitidskrifter Angewandte Chemie , Avancerade funktionella material och Små metoder .

I den första studien, det australiensiska laget använde fosforen, att tillverka DSSC:er. Cellerna hade överlägsen fotovoltaisk verkningsgrad på 8,31% vilket överträffar dyra platinabaserade celler.

DSSC är ett framväxande område av tunnfilm, halvflexibla och halvtransparenta solceller som är enkla att tillverka men begränsas av ganska kostsamma komponenter som platina och rutenium.

I den andra studien, teamet använde återigen den snabba och effektiva mikrovågsmetoden för tillverkning av högkvalitativa fosforenflingor och lade dem sedan till kolnanorör-kiselsolceller för att visa en betydande förbättring av cellernas energiomvandling.

"Med dessa lovande tidiga resultat, ytterligare studier med mikrovågstekniken och andra lösningsmedel kommer att bidra till att förbättra stabiliteten och hållbarheten hos fosferen och tillåta oss att titta på sätt att producera större mängder fosforen för möjliga kommersiella tillämpningar, säger medförfattaren Dr Christopher Gibson, från Flinders College of Science and Engineering.

Projektledare professor Shapter, Dr Gibson, Dr. Munkhbayar Batmunkh och Mrs Munkhjargal Bat-Erdene ingår i ett team av forskare från Flinders Institute for Nanoscale Science and Technology som vill förbättra solcellseffektiviteten – inklusive ett mer hållbart material som kallas perovskite.