Nu när solceller baserade på kiselteknologi nästan har nått sina effektivitetsgränser, forskare från hela världen letar efter alternativa tekniker för att ytterligare förbättra solcellseffektiviteten. Fysiker från AMOLF och Cambridge University har använt modelleringstekniker för att jämföra två sådana lovande teknologier:singletfissionsfotonmultiplikatorer och tandemsolceller. Även om den potentiella effektivitetsförbättringen är nästan lika stor, singlett fission foton multiplikatorn visade sig vara mer stabil under varierande väderförhållanden. Också, singlet fission fotonmultiplikatorn kräver inga modifieringar av kiselteknologin, vilket innebär att den till och med kan användas för att förbättra befintliga solceller. Forskarna har publicerat sina resultat i ACS Energibrev .

Under de senaste 20 åren, effektiviteten för rekordstora kiselsolceller producerade i labbet ökade med endast 2 procent, och det kommer att bli mycket svårt att göra ytterligare förbättringar under de kommande åren. Den främsta anledningen är att konventionella solceller slösar bort en stor del av det inkommande solljuset. Kiselteknik kan helt enkelt inte omvandla allt solljus till elektrisk energi eftersom kisel bara absorberar en del av solspektrumet. Också, högenergifotoner från den blå delen av spektrumet omvandlas inte effektivt, och de genererar oönskad värme i solcellen.

Vid AMOLF forskningsinstitut, gruppen Hybrid Solar Cells ledd av Bruno Ehrler studerar egenskaperna hos organiska halvledare för att övervinna begränsningarna hos oorganiska (kisel) solceller. "Det finns två lovande strategier som skulle förbättra solcellerna enormt, " säger doktoranden Moritz Futscher. "Den första, tandem solcellsteknologi baserad på en kombination av hybridperovskitmaterial och kisel, får mycket uppmärksamhet och studeras flitigt av forskare från hela världen. Vi studerar perovskites också, men vi är också en av få forskargrupper som studerar den andra teknologin, som utnyttjar en process som kallas singlet fission."

Singlet fission är en process som endast förekommer i organiska halvledare. När en högenergifoton absorberas, en högenergipartikel som kallas singlettexciton genereras. Denna singlet-exciton omvandlas till två triplett-excitoner som var och en har ungefär hälften av energin av singlet-excitonen. "Med detta tillvägagångssätt, vi skapar två lågenergifotoner av en högenergifoton. Dessa fotoner sänds sedan ut till den underliggande solcellen via kvantprickar, små partiklar gjorda av halvledare, Futscher förklarar. "På detta sätt, singlet fission fungerar som en fotonmultiplikator."

Futscher och hans kollegor jämförde teoretiskt singletfissionsfotonmultiplikatorer med tandemsolceller som använder en kombination av perovskiter och kisel under verkliga väderförhållanden. "Vi vet att tandemsolceller fungerar mycket bra i soliga områden, men underpresterar i regioner med fluktuerande väderförhållanden. Så vi tog hänsyn till vädret och solspektrumet, " säger Futscher. "Vi fann att kombinationen av en singlettklyvningsfotonmultiplikator och kiselsolceller fungerar lika bra som kombinationen perovskiter med kisel (tandem). Dock, under fluktuerande väderförhållanden som finns i Nederländerna, singlet fission foton multiplikator visar att vara ett mer stabilt val."

Det faktum att singlet fissionsbaserade solceller potentiellt fungerar lika bra som tandemsolceller – och ännu bättre, under vissa omständigheter – gör det till ett mycket intressant alternativ. "Dessa fotonmultiplikatorer är lätta att göra. Det är i grunden en tunn plastfolie som kan placeras ovanpå en befintlig solcell. Själva solcellstekniken behöver inte ändras, ", säger Futscher. "Även om tekniken fungerar bäst med de senaste solcellerna, en sådan klyvningsfolie skulle till och med förbättra prestandan för de kiselsolceller som används, speciellt under de varierande väderförhållandena vi möter i Nederländerna."